直流母线电压对永磁同步电机伺服的影响
永磁同步电机直流母线电流的估算方法与流程
永磁同步电机直流母线电流的估算方法与流程1. 确认系统参数：首先需要确认永磁同步电机的额定功率（P_rated）、额定电压（U_rated）、电机的极对数（p）以及直流母线的电容容值（C_bus）等参数。
2. 确定电机模型：根据永磁同步电机的特性，一般使用dq轴模型进行电流估算，其中包括直流坐标系（ABC）与旋转dq坐标系转换的正反变换。
3. 建立电机模型方程：根据电机模型的dq轴方程，建立电机状态方程，包括电机的磁链方程与电流方程。
4.估算磁链：根据电机模型方程，可以通过电机的输入功率与输出转矩来估算磁链。
5.估算直流母线电流：根据电机模型方程，可以通过估算的磁链及其导数来计算直流母线电流。
具体流程如下：步骤一：确定电机参数首先需要确定永磁同步电机的相关参数，包括额定功率、额定电压和极对数等。
这些参数可以从电机的技术文件或者型号规格表中获取。
步骤二：建立电机模型根据电机的特性，使用dq轴模型进行电流估算。
dq轴模型是基于电机的正反变换理论，可以将电机的三相电路转换为dq轴参考系中的直流电路。
步骤三：建立电机状态方程根据电机的dq轴模型，可以建立电机的状态方程，包括电机的磁链方程与电流方程。
电机的磁链方程描述了磁链与电压之间的关系，电流方程描述了电流与电压、磁链之间的关系。
步骤四：估算磁链根据电机模型方程，可以通过电机的输入功率与输出转矩来估算磁链。
根据电机的输入功率和输出转矩的变化，可以得到电机磁链的变化规律。
步骤五：估算直流母线电流根据电机模型方程，可以通过估算的磁链及其导数来计算直流母线电流。
根据电机的磁链变化率，可以得到直流母线电流的变化规律。
步骤六：电流估算结果分析根据估算得到的直流母线电流和实际测量值进行对比分析。
如果估算值与测量值符合较好，则说明估算方法和流程是可靠的；如果存在较大偏差，则需要调整电机模型或者参数，重新进行估算。
伺服直流母线控制原理
伺服直流母线控制原理
伺服直流母线控制是一种电力系统控制方法，用于维持直流母线电压的稳定。
其基本原理是通过测量直流母线电压，与设定值进行比较，并通过调节逆变器输出功率，使直流母线电压保持在预定的稳定水平上。
具体的控制过程如下：
1. 电压测量：通过电压传感器或电压变压器等装置测量直流母线的电压。
这个测量值将作为反馈信号送回控制器。
2. 设定值输入：根据所需的直流母线电压水平，将设定值输入控制器。
3. 比较：控制器将测量值和设定值进行比较，得到直流母线电压的误差值。
4. 控制算法：根据误差值，通过控制算法计算出需要调整逆变器输出功率的控制量。
5. 控制信号发送：控制器将控制信号发送给逆变器，调整其输出功率。
6. 控制执行：逆变器根据控制信号调整输出功率，使直流母线电压接近设定值。
7. 反馈控制：控制器持续监测直流母线电压，并根据实际测量
值与设定值的差异，调整控制信号，实现对直流母线电压的稳定控制。
通过这种控制方式，可以有效地维持直流母线电压的稳定性，确保电力系统的正常运行。
永磁同步电机
第5章 永磁同步电动机系统及其S P W M 控制 除一些利用异步转矩或磁阻转矩起动的永磁同步电动机之外，绝大多数的永磁同步电动机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)需要逆变器驱动以平稳起动及稳定运行。
因此一般意义上的永磁同步电动机系统是指具有位置传感的、SPWM 逆变器驱动的永磁同步电动机，或称为正弦波驱动的无刷直流电动机，很多的文献也直接将之简称为永磁同步电动机。
本章主要阐述永磁同步电动机即正弦波无刷直流电动机的原理及其SPWM 控制。
5.1永磁同步电动机系统的构成及设计特点5.1.1永磁同步电动机系统的构成与前一章的方波无刷直流电动机相比较，虽然两者都是自同步运行的永磁同步电动机，均由永磁同步电动机、转子位置传感器和控制驱动电路三部分组成，但在运行原理上存在较大的差异。
方波无刷直流电动机中，只需要若干个磁极位置处的开关信号就可以形成换相逻辑，从而产生在空间跳跃旋转的定子磁动势；通过平顶波反电动势的设计及矩形电流波形的控制，可以产生近似恒定的电磁转矩，转矩平稳性较差。
而在永磁同步电动机中，为产生恒定的电磁转矩，一般采用SPWM 信号驱动功率电路，在电动机三相绕组中产生正弦波的电流，从而形成连续旋转的定子圆形旋转磁场，因此需要检测连续的转子位置信息。
图5-1所示框图为永磁同步伺服电动机的基本结构之一。
转子位置传感器为旋转变压器或编码器等，通过轴角变换电路或计数器等可以将连续位置传感器的输出信号变换为转角位置信号p θ。
之后，在相电流指令合成电路中产生各相的电流指令信号j u ，如式（5-1）所示。
)32)1((sin )(πθθ--=j p V P u er j 3,2,1=j （5-1） 式中，V er −输入控制指令，为速度误差信号或转矩指令信号。
相电流指令与电流负反馈信号经电流调节器处理后，生成SPWM 信号控制逆变功率电路，驱动永磁同步电动机自同步运行。
永磁同步电机控制系统带过调制的弱磁控制策略研究
永磁同步电机控制系统带过调制的弱磁控制策略研究涂群章;林加堃;曾繁琦;邹世超;陆影【摘要】永磁同步电机控制系统在实际应用中,复杂多变的工况对电机的响应需求是不同的.为了拓宽电机控制系统的调速范围,且满足系统对转矩响应能力和大转矩输出特性的要求,在弱磁控制策略的基础上引入过调制方法,将其应用于永磁同步电机控制系统,并进行仿真和实验研究.结果表明,相比于无过调制的弱磁控制策略,带过调制的弱磁控制策略能使系统在调速过程中充分利用直流母线电压,从而提高了转矩响应和大转矩输出能力,缩短了转速响应时间,同时电机的工作效率符合应用要求.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2016(037)005【总页数】8页(P953-960)【关键词】兵器科学与技术;永磁同步电机;控制系统;弱磁控制;过调制【作者】涂群章;林加堃;曾繁琦;邹世超;陆影【作者单位】解放军理工大学野战工程学院,江苏南京 210007;解放军理工大学野战工程学院,江苏南京 210007;军事交通学院军用车辆系,天津 300161;海拉(厦门)电气有限责任公司,福建厦门 361100;解放军理工大学野战工程学院,江苏南京210007【正文语种】中文【中图分类】TM301.2永磁同步电机（PMSM）的励磁由永磁体提供，没有励磁损耗，因此，与一般电机相比，PMSM具有更高的功率密度和效率，从世界电传动研究情况以及电机发展水平来看［1］，PMSM是军用电传动履带推土机的最佳选择。
军用履带推土机由于要求具备良好的机动性，因而需要尽量扩大其驱动电机的调速区间；在推土作业工况下则要求电机控制系统具有快速准确的转矩响应，在爬坡、突然加减速和深度挖掘时还应具有高效的大转矩输出特性。
为了拓宽电机调速范围，PMSM可采用弱磁控制策略。
对电机进行弱磁控制时，由于电压接近饱和［2］，电机的转矩响应能力会弱化。
因此为了进一步提高直流电压利用率，人们在调制方法和过调制方法方面都进行了相关研究，在正弦波脉宽调制（SPWM）参考电压中加入3次谐波可提高电压利用率和消除特定次数谐波的离线脉宽调制方法［3］等都是在调制方法方面的改进，过调制方法则是在1991年Kerkman等提出逆变器增益的概念后开始得到了深入研究［4-7］。
永磁同步电机
第5章永磁同步电动机系统及其SPWM 控制除一些利用异步转矩或磁阻转矩起动的永磁同步电动机之外，绝大多数的永磁同步电动机(PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM)需要逆变器驱动以平稳起动及稳定运行。
因此一般意义上的永磁同步电动机系统是指具有位置传感的、SPWM 逆变器驱动的永磁同步电动机，或称为正弦波驱动的无刷直流电动机，很多的文献也直接将之简称为永磁同步电动机。
本章主要阐述永磁同步电动机即正弦波无刷直流电动机的原理及其SPWM 控制。
5.1.1均由永方SPWM 图p θ。
3（5-1） 式中，V er ?输入控制指令，为速度误差信号或转矩指令信号。
相电流指令与电流负反馈信号经电流调节器处理后，生成SPWM 信号控制逆变功率电路，驱动永磁同步电动机自同步运行。
考虑较简单的比例电流调节器的情况。
设电流调节器的比例增益为K p ，电流反馈系数为K f ，逆变功率电路的等效增益为K s ，则定子绕组三相电压为：)()()(θθθp i K K K P u K K P U j f s p j s p j -=3,2,1=j （5-2）对于三相半桥SPWM 逆变驱动电路，一般可以认为SPWM 功率逆变电路基本可以复现调制信号的波形。
忽略高次谐波，逆变功率电路的等效增益K s 可以表示为：ts V U K 2=（5-3） 式中，U 为桥臂母线电压，V t 为三角形载波信号的幅值。
（5-4）式中，L （5-5） 式5.1.2机本体基本一致。
存在的差别主要体现在气隙磁场波形及反电动势波形的设计等方面。
在永磁同步电动机中，由于电枢电流波形是正弦波，电动机反电动势波形一般也设计为正弦波形，以产生恒定的电磁转矩。
因此电动机的性能在很大程度上取决于每相反电动势波形，而电动势波形则最终由气隙磁场波形所确定。
为提高电机系统的效率、比功率，减小力矩波动，一般将电动机气隙磁场波形设计为正弦波。
因此在电动机本体的设计中，首先存在的问题就是电动机气隙磁场的正弦化设计问题1．气隙磁场波形的正弦化设计对于采用表面磁钢结构的永磁无刷直流电动机，当不考虑开槽影响时，气隙磁场波形由转子磁钢的表面形状及磁化情况所确定。
永磁同步电机uduq轴电压限制幅度电压限制
永磁同步电机uduq轴电压限制幅度电压限制英文版Permanent Magnet Synchronous Motor Uduq-Axis Voltage Limitation and Amplitude Voltage LimitationPermanent Magnet Synchronous Motors (PMSMs) are widely used in various applications due to their high efficiency and reliability. However, to ensure optimal performance and prevent damage, it is crucial to implement voltage limitations on the Uduq axes. Voltage limitation on the Uduq axes ensures that the motor operates within its safe operating limits, preventing overheating, overcurrent, and other potential issues.Voltage limitation on the Uduq axes involves limiting the amplitude of the voltages applied to these axes. The amplitude voltage limitation is achieved by regulating the maximum voltage that can be applied to the Uduq axes. This limitation ensures that the motor does not exceed its rated voltage, which can lead to damage or premature failure.To implement voltage limitation on the Uduq axes, advanced control algorithms are employed. These algorithms monitor the voltage levels applied to the Uduq axes and adjust them accordingly to maintain the desired operating conditions. By limiting the voltage amplitude, these algorithms ensure that the motor operates efficiently and reliably while preventing any potential damage.In summary, voltage limitation on the Uduq axes of a PMSM is crucial for ensuring optimal performance and preventing damage. By regulating the amplitude of the voltages applied to these axes, advanced control algorithms maintain the motor's safe operating limits, ensuring its reliability and efficiency.中文版永磁同步电机Uduq轴电压限制与幅度电压限制永磁同步电机（PMSM）因其高效和可靠性在各种应用中得到了广泛应用。
北京地铁9号线永磁牵引系统直流电压稳定控制
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·66·2021年第24期文章编号：2095－6835（2021）24－0066－03北京地铁9号线永磁牵引系统直流电压稳定控制邬春晖1，张世海2，谭雅翊2，谢浩3，张祺1（1.北京市地铁运营有限公司运营二分公司，北京100043；2.湘潭电机股份有限公司，湖南湘潭102208；3.北京市地铁运营有限公司地铁运营技术研发中心，北京411101）摘要：地铁永磁牵引变流器在控制永磁同步电机工作过程中，会出现直流电压不稳定、波动的现象。
利用比例谐振控制器分离出电压的波动量，前馈补偿到转矩指令，以此稳定电压抑制波动。
该方法通过北京地铁9号线运行测试，证明能有效抑制电压波动，确保永磁电机稳定运行。
关键词：永磁牵引；电压稳定；比例谐振；稳定控制中图分类号：U231文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2021.24.026作为新一代轨道交通牵引系统，永磁同步电气牵引系统具备绿色、节能、高效等亮点。
自长沙地铁1号线装载运营永磁牵引系统，彻底开启了“永磁列车”高速发展的时代，许多城市也陆续开始推广应用。
北京地铁9号线09038车也试点装载永磁同步电气牵引系统，该系统是由湘潭电机开发研制，系统整体运行稳定。
地铁车辆牵引变流器在运行时容易出现直流侧振荡[1-3]，永磁牵引变流器也会出现这种现象，这不仅影响整个电传动系统的功能及稳定性，有时甚至可能会涉及地铁电源网络及乘客安全。
本文结合实验中出现的直流电压波动现象，利用比例谐振控制器提取波动分量前馈补偿，抑制电压波动，稳定整个传动系统。
1永磁牵引变流器北京地铁9号线列车编组形式为：Tc1—M2—T3—M4—M5—Tc6，是3动3拖结构，其中1动1拖为一个牵引单元。
针对一列车的永磁电气牵引传动系统，研制了12台永磁牵引同步电机、3台永磁VVVF逆变器装置来替换038车中的原异步系统电机和VVVF逆变器，其他设备均采用原车产品。
永磁同步电机弱磁控制方法综述
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永磁同步电机弱磁控制方法摘要：永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点,在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用。
永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求,对其进行弱磁控制并拓宽调速范围有着重要意义。
本文针对现在常用的几种永磁同步电机弱磁控制方法进行综述。
基于控制对象的不同，对弱磁控制方法进行分类，并详细介绍了目前比较常见的负id补偿法、查表法、梯度下降法、电流角度法、单电流调节器法等方法,分析了各方法的原理及特点，得出以电压为控制对象的弱磁方法具有一定发展前景的结论。
关键词：永磁同步电机；弱磁控制；内置式永磁同步电机;矢量控制The Field Weakening Control Strategy of Permanent MagnetSynchronous MotorAbstract：PMSM because of its high power density，high reliability and high efficiency characteristics，at a higher speed requirements of electric vehicle drive system has been widely used. PMSM weakening control technology must be used to meet the needs of a wide speed range 。
And because of its salient pole effect，it is of great significance to broaden the scope of the weak magnetic field of IPMSM. In this paper，the commonly used weakening control method of PMSM are reviewed.Based on the different control object,we classify the weak magnetic control method, and introduces in detail the negative id compensation method, look-up table method，gradient descent method，current angle method，single current regulator method that is used commonly at present，analyzes the principle and characteristics of each method.Finally, we conclude that voltage control field weeking method has development prospects 。
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直流母线电压对永磁同步电机伺服的影响
目前国内市场上，中小功率的交流伺服器普遍采用“交—直—交”变压变频拓扑结构。交流电源整流
为直流，直流经可控的功率元件逆变为电机所需的三相电[1]。其中，交流电源的输入一般为3相220v(相
间电压为220v)。当电机功率较小时，交流电源的输入一般为单相220v。在逆变时，每个开关管的导通时
间由直流母线电压的基准来计算的。很多的时候，直流母线电压vdc在程序计算中是常量。在实际中，直
流母线电压的幅值是波动的。由于在电流环的控制中，多采用了pi控制，母线电压的波动也不能影响最终
的调节结果，但是却对调节时间以及动态的跟踪精度带来一定的影响。尤其是当直流侧电容值较小且负载
较重时，影响要明显些。
本文在单相220v的供电且负载较大的情况下，验证了上述观点。并通过对比实验验证了对母线电压补
偿的方法能使驱动器的性能在给定转速阶跃时有一定的提升。
母线电压问题的根源
永磁同步电机交流伺服控制系统功率主回路由整流电路、中间直流电路以及逆变功率管组成。示意图
如图1所示。
若忽略直流电路的电容储能及滤波作用，单相交流220v的桥式整流波形如图2所示[2]。波形频率为
工频的2倍100hz。三相交流220v(相间幅值为220v)的桥式整流波形如图3所示，波形频率为300hz。
实际中因为有直流侧的电容的储能及滤波的作用，直流母线电压在电机没有大功率消耗的情况下稳定
在311v左右。当电机需要大功率消耗时从图中可以看出单相220v的供电性能将远逊于三相220v供电。但
是，在某些场合由于条件所限电源的供给是单相220v。这就导致直流侧母线电压波动的问题。
母线电压的补偿本质
一般直流母线电压vdc在程序计算中是常量，开关管的导通时间为[3]：
在电机控制时，若直流母线电压值小于程序中常量vdc会导致开关管导通时间小于预期值，进一步导
致，电机电流小于给定值。经过电流环pi控制，开关管导通时间自动加长使得电流实际值跟踪电流给定值。
若采用了电压补偿，则会减小电流环中pi控制器的积分项，会使得驱动器的超调减小，对驱动器的性
能带来一定的提升。
一般情况下，电机控制中所用到的控制器为定点控制器。这就不能保证除法在中断计算中所占用的时
间。因此，可采用查表的办法。在程序的初始化阶段，将不同的母线电压对应的基准值的计算完成。也就
是说，保证了在程序计算中采用了实时的直流母线电压vdc。
实验及结果
实验采用绵阳圣维公司的swai-sc系列驱动板卡、配套电机及自编写的测试系统。实验采用单相交流
220v输入，实验用电机额定转矩为4nm、额定转速为4000r/min，电机带负载运行。电机的额定功率为：
测试时刻，市电略高为235v。因此，图中母线电压初始时刻幅值约为333v。母线电压未补偿测试曲线
如图4(驱动器转速为0～5000r/min的阶跃)所示，补偿的测试曲线如图5所示。图中左侧坐标为转速，坐
标转速单位r/min(转/分)。右侧坐标为母线电压的幅值，幅值单位为v(伏特)，横坐标为时间，时间单位
为120微妙(测试软件的通讯周期)。可以看出：当转速阶跃时，直流母线电压呈现出周期性(100hz)的下降。
对比图4、图5可以看出：图4中转速从0—4000转/分的上升时间为322.6ms，图5中转速从0—4000
转/分的上升时间为320.3ms。实验表明，该方案对阶跃输入下伺服性能的提高非常有限。这是因为，在阶
跃输入下驱动器内部的电流环的给定迅速增至并保持最大值。电流环的pi控制能够保证实际的电流跟踪给
定的电流。所以，在图4、5中转速上升曲线的斜率几乎一致。
但当对驱动器提出更高的要求时，比如快速的动态响应、极小的转速超调以及较强的刚性时，该方法
结合其它的改进控制方法对驱动器的性能会有一定的提升。
结语
实验表明，该方案是合理、可行的。虽然对驱动器性能的提升有限，但是当对伺服驱动器提出更高的
要求时该方法还是有其可行性。此外，作为设计人员要充分考虑电机输出功率、供电电源功率及供电电源
状况来选择直流母线的电容值以保证母线电压有较强的抗扰动能力。
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