第三章 无刷永磁伺服电动机
无刷电机原理及控制
无刷电机原理及控制一、无刷电动机的组成结构和工作原理三相永磁无刷电动机和一般的永磁有刷电动机相比，在结构上有很多相近或相似之处。
用装有永磁体的转子取代有刷电动机的定子磁极，用具有三相绕组的定子取代电枢，用技术'>逆变器和转子位置检测器组成的电子换相器取代有刷电机的机械换相器和电刷，就得到了三相永磁无刷电动机。
1.无刷电动机结构特点无刷电动机属于三相永磁同步电机的范畴，永磁同步电动机的磁场来自电动机转子上的永久磁铁。
在这里，永久磁铁的特性，在很大程度上决定电动机的特性。
目前采用的永磁材料主要有铁淦氧、铝镍钴、钕铁硼、等根据几种的磁感应强度和磁场强度成线性关系这一特点，应用最为广泛的就是钕铁硼。
它的线性关系范围最大，被称为第三代稀土永磁合金。
在转子上安置永磁铁的方式有两种：一种是将成型的永久磁铁装在转子表面，即所谓外装式；另一种是将成型的永久磁铁埋入转子里面，即所谓内装式。
根据永久磁铁安装方法不同，永久磁铁的形状可分为扇形和矩形两种。
扇形磁铁构造的转子具有电枢电感小、齿槽效应转矩小的优点，但易受电枢反应的影响。
且由于磁通不可能集中、气隙磁密度低，电极呈现凸的特性。
矩形磁铁构造的转子呈现凸极特性，电电感大、齿槽效应转矩大，但磁通可集中，形成高磁通密度，故适于大容量电机，由于电动机呈现凸极特性，可以利用磁阻转矩，此外，这种转子结构的永久磁铁，不易飞出，故可作高速电机使用。
根据确定的转子结构所对应的每相励磁通势合布不同，三相永磁同步电机可分为两种类型：正弦波形和方波形永磁同步电机，前者每相励磁磁通势分布是正弦波形，后者每相则是方波状，根据磁路结构和永磁体形状的不同而不同，对于径向励磁结构，永磁体直接面向均匀气隙如果采用稀大材料，由于采用非均匀气隙或非均匀磁场化方向长度的永磁体的径向励磁结构，气隙磁场波形可以实现正弦分布。
应该指出稀士永磁方波形电机属于永磁无刷直流电机的范畴，而稀土永磁体正弦波形电动机则一般作为三相交流永磁同步伺服电机使用。
伺服电动机
伺服电动机认知1．永磁交流伺服系统概述现代高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统，其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。
(1)交流伺服电动机的工作原理伺服电机内部的转子是永久磁铁，驱动器控制的u／V／W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。
伺服电动机的精度决定于编码器的精度(线数)。
伺服驱动器控制交流永磁伺服电动机(PMSM)时，可分别工作在电流(转矩)、速度、位置控制方式下。
系统的控制结构框图如图7-17所示。
系统基于测量电机的两相电流反馈(Ia、Ib)和电机位置。
将测得的相电流(Ia、Ib)结合位置信息，经坐标变化(从a，b，c坐标系转换到转子d，q坐标系)，得到Ia、Ib分量，分别进入各自的电流调节器。
电流调节器的输出经过反向坐标变化(从d，q坐标系转换到a，b，c坐标系)，得到三相电压指令。
控制芯片通过这三相电压指令，经过反向、延时后，得到6路PWM波输出到功率器件，控制电机运行。
伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。
功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入了软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。
智能功率模块(IPM)的主要拓扑结构是采用了三相桥式电路，原理图如图7-18所示。
利用了脉宽调制技术(Pulse width Modulation，PWM)，通过改变功率晶体管交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率，改变每半周期内晶体管的通断时问比，即通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压幅值的大小以达到调节功率的目的。
关于图7-17中的矢量控制原理，此处不予讨论。
永磁无刷电动机系统通用技术条件
永磁无刷电动机系统通用技术条件随着现代科技的不断发展，永磁无刷电动机系统在各个领域的应用日益广泛。
作为一种高效、节能、环保的动力装置，它在汽车、航空航天、工业制造等领域都有着重要的地位。
为了保证永磁无刷电动机系统的正常运行，满足不同领域的需求，我们需要了解其通用技术条件。
一、工作原理永磁无刷电动机系统的主要工作原理是利用永磁铁和电流之间的相互作用产生旋转力，从而实现动力传输。
其工作原理主要包括电磁感应定律、洛伦兹力和能量转换等基本物理原理。
二、基本结构1. 永磁体：永磁无刷电动机系统的关键部件之一，其性能直接影响整个系统的输出效果。
通常采用稀土永磁材料，如钕铁硼磁铁等。
2. 定子：定子是永磁无刷电动机系统的固定部分，通常采用硅钢片叠压成型，其线圈的数量和排列方式会影响电机的工作效率和输出功率。
3. 转子：转子部分是永磁无刷电动机系统中的旋转部分，一般由永磁铁和轴承组成，能够产生旋转力。
4. 电机控制器：电机控制器是永磁无刷电动机系统的大脑，负责控制电机的启停、转速调节、电流保护等功能。
三、技术要求1. 高效率：永磁无刷电动机系统需要具备高效率的特点，能够将输入的电能尽可能转化为机械能输出，减少能源的浪费。
2. 高可靠性：在各种工作环境下，永磁无刷电动机系统需要保持稳定的工作状态，具备抗干扰和抗磨损能力。
3. 轻量化设计：随着轻量化设计理念的普及，永磁无刷电动机系统需要尽可能减小体积和重量，以满足各种应用场景的需求。
4. 精准控制：对于不同的应用场景，永磁无刷电动机系统需要具备精准的控制能力，能够根据实际需求调节转速和输出功率。
四、技术发展趋势1. 高温工作特性：随着汽车、航空航天等领域的发展，对永磁无刷电动机系统的高温工作特性要求越来越高，未来的发展方向将主要围绕高温下的稳定性和可靠性展开研究。
2. 高功率密度：随着新能源汽车和无人机等领域的兴起，对永磁无刷电动机系统的高功率密度要求越来越高，未来的发展将主要注重提高电机的输出功率。
《2024年永磁同步电机伺服控制系统的研究》范文
《永磁同步电机伺服控制系统的研究》篇一一、引言随着工业自动化程度的不断提高，对电机控制系统的要求也越来越高。
永磁同步电机（PMSM）以其高效率、高精度和高动态性能等优点，在伺服控制系统中得到了广泛的应用。
本文旨在研究永磁同步电机伺服控制系统的原理、设计及优化，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机是一种利用永磁体产生磁场的电机。
其工作原理是基于电磁感应定律和安培环路定律，通过控制器对电机电流的控制，实现电机转子的精确控制。
PMSM具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点，是伺服控制系统中的理想选择。
三、伺服控制系统的设计永磁同步电机伺服控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分。
（一）硬件设计硬件设计主要包括电机、驱动器、传感器和控制器等部分。
其中，电机选用高性能的永磁同步电机，驱动器采用先进的数字驱动技术，传感器则负责实时检测电机的位置、速度和电流等信息。
控制器则是整个系统的核心，负责根据传感器的反馈信息，对电机电流进行精确控制。
（二）软件设计软件设计主要包括控制算法和控制系统软件两部分。
控制算法是伺服控制系统的核心，常见的有PID控制、矢量控制、直接转矩控制等。
控制系统软件则负责实现这些控制算法，并对传感器反馈的信息进行处理和分析。
四、伺服控制系统的优化为了进一步提高伺服控制系统的性能，需要对系统进行优化。
优化的方法主要包括参数优化、算法优化和结构优化等。
（一）参数优化参数优化是指通过对系统参数的调整，使系统达到最优的工作状态。
常见的参数包括PID控制的比例、积分和微分系数，以及矢量控制中的电流和电压等参数。
（二）算法优化算法优化是指对控制算法进行改进和优化，以提高系统的动态性能和稳定性。
常见的算法优化方法包括智能控制算法、自适应控制算法等。
（三）结构优化结构优化是指对硬件结构进行改进和优化，以提高系统的可靠性和稳定性。
例如，可以采用高精度的传感器和驱动器，以及高效的散热和防护措施等。
论文全文
第一章绪论1.1引言随着全球能源危机的不断加深, 石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧,各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向, 发展电动汽车将是解决这两个技术难点的最佳途径.各跨国汽车公司已先后开始研发各种类型的电动汽车。
丰田计划到2010 年初使混合动力车年销量达到100 万辆;奥迪公司CEO鲁珀特²斯泰德勒认为, 在生产零排放汽车的目标中, 电动汽车有很大机会, 并期望柴油发动机技术和车用电池技术能在未来5 到10 年内成为主流。
[01高洪波]1.2 电动汽车性能要求及电动机的选型电动汽车对自身的发动机（电动机）的要求是比较高的。
第一，由于汽车要求频繁的启动、加减速，且有时候需要爬坡，所以要求电动机瞬时功率大，过载能力强，能够低速高转矩的运行；第二，有时候汽车在平坦的道路上需要告诉行驶，故要求电动机能够高速低转矩恒功率运行；第三，汽车减速行驶时能够将能量回收利用，提高能源的利用率；第四，电动机不论是恒转矩还是恒功率运行，均要求有较宽的调速范围，且能够在4象限内稳定运行。
为了满足电动汽车的这些运行要求，不同的公司选择了不同的电动机作为发动机。
到现在为止，各类电机都被电动汽车所使用，其中，宝马 mini-E 使用的是异步电机，比亚迪 E6，长安奔奔 mini 电动版，日产聆风等采用的是永磁同步电机，莲花L-3 采用永磁无刷直流电机，二汽集体的富康 EQ6690 采用的是开关磁阻电机。
总体来看，各种电机都有自己的特长，没有绝对意义上的好和坏，只是在不同的要求上表现不同而已。
表 1-1 是现代电动汽车所采用的电动机性能的比较。
[02张敏]表1-1 现代电动汽车所采用电动机性能比较项目直流电机交流感应电机开关磁阻电机永磁电机功率密度差一般一般好力矩转速性能一般好好好转速范围40006000 9000错误！未找到引用源。
150004000错误！未找到引用源。
最全直流电机工作原理与控制电路解析(无刷+有刷+伺服+步进)
最全直流电机工作原理与控制电路解析（无刷+有刷+伺服+步进）直流电动机是连续的执行器，可将电能转换为（机械）能。
直流电动机通过产生连续的角旋转来实现此目的，该角旋转可用于旋转泵，风扇，压缩机，车轮等。
与传统的旋转直流电动机一样，也可以使用线性电动机，它们能够产生连续的衬套运动。
基本上有三种类型的常规电动机可用：AC 型电动机，（DC）型电动机和步进电动机。
典型的小型直流电动机交流电动机通常用于高功率的单相或多相（工业）应用中，需要恒定的旋转扭矩和速度来控制大负载，例如风扇或泵。
在本（教程）中，我们仅介绍简单的轻型直流电动机和步进电动机，这些电动机用于许多不同类型的（电子），位置控制，微处理器，（PI）C和（机器人）类型的电路中。
基本直流电动机该直流电动机或直流电动机，以给它的完整的标题，是用于产生连续运动和旋转，其速度可以容易地控制，从而使它们适合于应用中使用是速度控制，伺服控制类型的最常用的致动器，和/或需要定位。
直流电动机由两部分组成，“定子”是固定部分，而“转子”是旋转部分。
结果是基本上可以使用三种类型的直流电动机。
有刷（电机）–这种类型的电机通过使（电流）流经换向器和碳刷组件而在绕线转子(旋转的零件)中产生磁场，因此称为“有刷”。
定子(静止部分)的磁场是通过使用绕制的定子励磁绕组或永磁体产生的。
通常，有刷直流电动机便宜，体积小且易于控制。
无刷电动机–这种电动机通过使用附着在其上的永磁体在转子中产生磁场，并通过电子方式实现换向。
它们通常比常规的有刷型直流电动机更小，但价格更高，因为它们在定子中使用“霍尔效应”开关来产生所需的定子磁场旋转顺序，但是它们具有更好的转矩/速度特性，效率更高且使用寿命更长比同等拉丝类型。
伺服电动机–这种电动机基本上是一种有刷直流电动机，带有某种形式的位置反馈控制连接到转子轴。
它们连接到PWM型控制器并由其控制，主要用于位置（控制系统）和无线电控制模型。
普通的直流电动机具有几乎线性的特性，其旋转速度取决于所施加的直流电压，输出转矩则取决于流经电动机绕组的电流。
永磁无刷电动机系统发展现状
20 0MEM 7 I1 074*1 I 9 K 7 1
永磁电机专题
并可完成 电机 的各类正常工况和故障工况 的仿真 实 验 ，包括起动 、堵转 、突加突减负载、突然短路 等 等 ( 2 ) 分数槽技术应用 日益增多
制的 永磁电 动机。永磁无刷电动机有正弦 波驱动和
方波驱动 两种型式: 驱动电流为矩形波的通常称 为 永磁无刷直流 电动机，驱动电流为正弦波的通 常称 为永磁交流伺服 电动机，按传感类型可分为有传 感 器 电动机和无传感器电动机。
驱动器指接受控制指令、可实 现对电 动机的 转
矩 、速度和转子位置控制的电气装置 。 驱动器按其控制电路和软件的实现方式可分为
程，目 成为电 前已 机控制技术的 主流方向 2 系统组 成
永磁无刷电动机 系统是根据位置、 速度和转矩等 反馈信息构成的控制系统，由永磁无刷 电动机、 传感 (竹感器) 和驱动器 二部分组成 ( 见图 l o 系统有 开环运行、 转矩控制、 速度控制和位置控制 4 种基木 运行方式，见图 2一图 5 。其中图 4 和图 5 是用于高 精度 的控制系统，如数控机床的进给驱动等。
永磁电机专题
永磁 无 刷 电动机 系统安 710077 )
1
引言 永磁无 动机系 刷电 统是以屯机为p' 制对象，以 ,'
控 制器为核心 ，以电力电子功率变换装置为执行机
构的电气 传动控制系统。 随着电 机技术、 控制理论、
数宁脉宽调制技术、新材 料技术、微电子技术及现 代控制技术的进步，伺服系统经历了从步进伺服到 直流伺服，进 而到永磁 无刷 电机伺服系统的发展历 图5 位置控制系统方框图 永磁无刷 电动机是通过电子电路换相或电流控
电机结构
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机电一体化系统第三章执行元件
一、 特点
1、稳定性好 2、可控性好 3、响应迅速 4、控制功率低，损耗小 5、转矩大
补偿绕组(c)
励磁绕组 (f) ia
Fr Ua Fc Uf
电枢绕组(a)
直流伺服电动机的结构与一般的电机结构相似，也是 由定子、转子和电刷等部分组成，在定子上有励磁绕组 和补偿绕组，转子绕组通过电刷供电。由于转子磁场和 定子磁场始终正交，因而产生转矩使转子转动。
步进电机驱动电源
Hale Waihona Puke 四、步进电动机的功率放大1．单电压功率放大电路
此电路的优点是电路结构简单，不足 之处是Rc消耗能量大，电流脉冲前后 沿不够陡，在改善了高频性能后，低 频工作时会使振荡有所增加，使低频 特性变坏。
2．高低电压功率放大电路
电源U1为高电压，电源大约为80～150V， U2为低电压电源，大约为5～20V。在绕组 指令脉冲到来时，脉冲的上升沿同时使VT1 和VT2导通。由于二极管VD1的作用，使绕组 只加上高电压U1，绕组的电流很快达到规定 值。到达规定值后，VT1的输入脉冲先变成 下降沿，使VT1截止，电动机由低电压U2供 电，维持规定电流值，直到VT2输入脉冲下 降沿到来VT2截止。 不足之处是在高低压衔接处的电流波形在顶 部有下凹，影响电动机运行的平稳性。
步进电机驱动电源总结
作用：对控制脉冲进行功率放大，以使步进电机获 得足够大的功率驱动负载运行。 1、步进电机是用脉冲供电，且按一定工作方式轮 流作用于各相励磁线圈上。 2、步进电机正反转是靠给各相励磁线圈通电顺序 变化来实现的。 3、速度控制是靠改变控制脉冲的频率实现的。 4、在通电脉冲内使励磁线圈的电流能快速建立， 而在断电时电流能快速消失。
伺服电机控制方式
伺服电机比较