永磁同步电机参数测试系统的设计
第３６卷第６期 ２０１３年１２月 长春理工大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖ０１．３６ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１３
永磁同步电机参数测试系统的设计
唐晨，张茂云，贾冰
（长春理工大学机电工程学院，长春１３００２２）
摘要：永磁同步电机由电机控制器驱动，使其按照任意方向和速度运动。电机驱动器在驱动电机运行时需要根据电机的 精确参数值进行计算，常用的参数有定子电阻、定子ｄ轴电感、定子ｑ轴电感等。本文设计了一种永磁同步电机参数测试系 统，通过单片机的辨识算法来估算电机参数真实值，为电机驱动器的设计者提供了一种很好的辅助工具。 关键词：永磁同步电机；参数测试；定子电阻；定子电感 中图分类号：ＴＭ３８３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２～９８７０（２０１３）０６～Ｏ０８６—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ
Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ
ＴＡＮＧ Ｃｈｅｎ，ＺＨＡＮＧ Ｍａｏｙｕｎ，ＪＩＡ Ｂｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ．ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｍｏｖｉｎｇ ｉｎ ａｎｙ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、 ｔｈｅ ｄ－ａｘｉｓ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｑ－ａｘｉｓ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ ｉｎ－ ｄｕｃｔａｎｃｅ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ａｎ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ—ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏ－－ ｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｔｒｕｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｇｏｏｄ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅｒ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｅｓｔ；ｓｔａｔｏｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｓｔａｔｏｒ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ
随着科学技术的迅速发展，永磁同步电机具有
高效率、高功率、高起动力矩等优点，已经广泛运用
于核电、军工、船舶、风电以及车载混合动力等工业
系统当中。永磁同步电机由电机控制器驱动运行，
使得电机跟随给定值进行任意方向和速度运动 。
电机控制器在驱动电机运行时，需要根据电机的精
确参数值进行计算，常用的参数包括定子电阻尺 、
定子ｄ轴电感Ｌ 、定子ｑ轴电感Ｌ 和转子磁链
等，这些参数在有的电机用户手册里是没有标定的，
如果电机驱动器不能准确获得这些参数是非常不方
便的，一旦设计值和真值相差很大，会对控制系统的
性能造成很大的影响，甚至无法工作 。本文设计
了一种永磁同步电机参数测试系统，通过单片机采
集电机端子的电流、电压信号，经过计算处理来估算
电机参数真实值。 电机参数测试的原理
１．１定子电阻Ｒ 的测量原理
定子电阻指的是永磁同步电机每相绕组线圈的
电阻值。根据欧姆定理可以直接用伏安法进行测
量，其原理图如图１所示：
收稿日期：２０１３－０９－１８ 作者简介：唐晨（１９８６一），女，博士研究生，Ｅ—ｍａｉｌ：ｔａｎｇｃｈｅｎ＠ｃｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。 图１定子电阻的Ｒ 原理图
６ ８８ 长春理工大学学报（自然科学版） ２０１３正
吉 ＝丢（肼＋ｄｉ）＝ Ｌｑ —— Ｌ 十
ｄ。。。—ｔ— Ｔ
，ＵＴ—Ｒ∑ｉ（ｔ）Ａｔ ｌ
２ ￡（丁）
（１０）
２ 电路设计
系统采用ｓｔｍ３２作为主控单片机，通过ＩＯ口控 制ＩＰＳ５１１上拉开关、５００２下拉开关的开断来实现电
机各端子之间的连接和断开，通过单片机的ＡＤ端
Ｅｌ采集测试电阻上的电压值，计算求得电机参数，实 现上述测试原理的电路设计，系统的组成框图如图 ５所示：
开关电路 ｋ 。。控制 串口通信一Ｉ由，ｌｆｌ ｎ ＝ 强 ｔ 胡‘，ｕ 口
ｉ 盥 — 上位机
永磁同步电机 ｌ 机 一帕ｎ ｌ 按键
采样电阻ｌ ＡＤ采集－ — 塑 测试进程指示ｊ Ｉ
图５系统组成框图
电路设计的时候要注意以下几个问题： （１）系统供电电压的选择要恰当，首先要保证采
样电阻上的电压降要小于Ｉ／Ｏ口所能加载的最大电 压３．３Ｖ，也不能让电感上的电流过早达到饱和，使
得变化曲线失真。同时供电电压也不能过小，会导
致采样电阻上的电压过小，采样区间太小，会增大误 差的影响。综合多种因素，经过多次电路测试实验， 系统电源电压选定为９Ｖ，由７８０９稳压电源模块提
供。 （２）采样电阻和单片机的ＡＤ采集端口连接，当
测试电机的内阻很小只有几欧姆的时候，在采样电
阻上承受的压降很大，所以要选用大功率电阻，系统 的采样电阻选用了２２Ｑ的大功率电阻。
电撬－乎ｎ 睛
。 上拉拜黄 一 —
ｉ 磊 ！ ｌ
— 、，％∞ Ｉ ＩｌＩ。 — ｖ。ｃ 盘
图６测试电路原理图 系统可以由按键开始参数测试，将测试结果通
过串口发送给电机驱动器，也可以由上位机发送命
令进行测试，由测试进程指示灯显示测试的进程。
参数测试时，由单片机控制ＩＰＳ５１１、５００２来切换测
试内容，开关模块的电路图如图６所示，下拉开关
５００２导通时，电机的ｖｗ两个端子相连，上拉开关
５１１闭合时，系统接通电源，进行测试。
３电机参数测试的软件设计
系统的软件部分采用了从底到顶的模块化设计
理念，软件总体的结构可以分为底层配置、顶层应用
程序和测试逻辑程序。底层主要对ＳＴＭ３２的端口
和系统功能进行初始化配置，顶层以各个模块为一
个单元，将这个单元所用到的子函数编写在里面，测
试逻辑程序通过调用每个单元的子程序，完成整个
系统的测试流程。同时，使用ＶＣ ６．０编写的上位机
ＭＦＣ界面，在测试时与本系统配合使用，系统完成
测试流程后，把数据发送到上位机进行显示。
电机参数测试系统有两种运行方式，一种是通
过按键控制，另一种是通过上位机发送测试命令，按
键自动控制按照测试流程依次进行测试，上位机按
照收到的命令字，根据通信协议执行相应的测试。
测试逻辑程序的流程图如图７所示：
Ｙ
图７测试流程图
４实验结果
在系统测试中，在常温条件下对多个永磁同步
电机的参数进行测试，能够在短暂的时间内完成电
机参数的测试，如表１所示为对某电机进行多次测
试的重复性结果，图８为上位机界面。
第６期 唐晨，等：永磁同步电机参数测试系统的设计 ８９
表１重复性测试
通过实验结果可以看出，本系统可以测量电机 定子电阻尺 、定子ｄ轴电感Ｌ 、定子ｑ轴电感Ｌ
等参数，实验结果重复率较高，程序运行稳定可靠， 不易出错，为电机驱动器的设计者提供了一种很好 的辅助工具。
（上接第７７页）
５结论
本文运用ＡＢＡＱＵＳ对初始设计的汽车悬架控
制臂结构进行了仿真模态分析，发现该控制臂结构 在车辆怠速工况下，将发生共振；根据模态振型图，
找到了该控制臂结构的薄弱环节存在于边缘部，并 对其进行结构改进，提高了所设计控制臂结构的固
有频率；经验证分析，改进后的控制臂结构固有频率 高于车辆怠速工况下的激励频率，且满足所应用车
辆对该控制臂结构的振动特性要求，为汽车悬架控 制臂的设计、制造提供了理论分析基础。
参考文献
［１］愈宏，蒋翠翠，上官文斌．汽车悬架控制臂［Ｊ］．现代零部 图８上位机界面
参考文献
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［７］ 件，２００８（２）：９０－９２． 祝小元，方宗德，申闪闪，等．汽车悬架控制臂的多目标 拓扑优化［Ｊ］．汽车工程，２０１１，３３（２）：７１０－７１２． 傅志方，华宏星．模态分析理论与应用［Ｍ］．上海：上海 交通大学出版社，２０００． 石广丰，倪坤，史国权，等．基于ＡＮＳＹＳ ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的 激光打孔机模态分析［Ｊ］．长春理工大学学报：自然科学 版，２０１０，３３（４）：９６－９７． 石广丰，金光，齐迎春．空间薄膜反射镜圆薄膜模态分 析［Ｊ］．长春理工大学学报：自然科学版，２０１０，３３（１）： ６１—６２． 赵腾伦，姚新军．ＡＢＡＱＵＳ６．６在机械工程中的应用 ［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００７． 乐天聪．某轿车悬架控制臂有限元分析与结构优化 ［Ｄ］．长春：吉林大学，２００９．
１ｊ
基于PXI和RT-LAB的永磁同步电机快速控制原型设计
基于PXI和RT-LAB的永磁同步电机快速控制原型设计
朱鹏程;邱华静;马海涛;李鸿彪
【摘 要】针对永磁同步电机控制器存在算法复杂、代码量大、开发周期长等问题,实现一种基于虚拟仪器的永磁同步电机快速控制原型系统;设计快速控制原型硬件平台,并对硬件设备进行选型,包括PXI虚拟仪器、功率驱动模块、电机对拖台架等;研究永磁同步电机转子磁场定向控制原理基础上,以一台3.1 kW被测电机为被控对象,在RT-LAB实时仿真软件环境下,搭建永磁同步电机控制算法模型;实验结果表明,电机转速与定子电流均可无偏差跟踪参考给定值,系统控制性能良好,且该系统使电机控制器开发周期缩短、成本降低.
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2016(024)008
【总页数】4页(P93-96)
【关键词】快速控制原型;虚拟仪器;永磁同步电机
【作 者】朱鹏程;邱华静;马海涛;李鸿彪
【作者单位】上海科梁信息工程股份有限公司,上海200233;上海科梁信息工程股份有限公司,上海200233;上海科梁信息工程股份有限公司,上海200233;上海科梁信息工程股份有限公司,上海200233
【正文语种】中 文
【中图分类】TP273 永磁同步电机作为电动汽车的关键部件之一，与感应电机相比具有体积小、重量轻、功率密度高等优点［1］。但是由于电动汽车工作环境恶劣、系统干扰强等不确定因素，永磁同步电机高性能控制往往不易实现。近年来，半实物仿真技术得到快速发展，RCP技术更是在实际工程开发中得到广泛应用［2］。将快速控制原型系统用于车辆电机控制器开发可快速验证控制算法的有效性，具有研发成本低、开发周期短、可进行极端测试等优点。
文献［3］采用dSPACE软硬件环境设计了一套用于大功率电力驱动系统的测试、教学实验平台，实现了电机控制实时仿真。文献［4］为实现电机控制器的性能设计与验证，提出了基于RT－LAB和JMAG的永磁同步电机硬件在环（HIL）实时测试平台。文献［5］基于矢量控制方法，以DSP为核心，设计并实现了电流、速度的检测及控制算法。但dSPACE通常价格昂贵、扩展性能较差，HIL系统将真实功率模块及电机用虚拟对象取代，DSP开发则需要耗费大量精力用于硬件设计与代码编写。
电动机自动测试系统设计
电动机自动测试系统设计
薛 宇
（无锡市产品质量监督检验所，无锡２１４１ ０１）
摘 要：本文介绍一种稳定、可靠、准确的电动机电性能自动测试系统，采用可编
程逻辑控制器自动调节被试电机的电压、负载等参数，实现半自动或全自动测量。
关键词：电性能测试：可编程逻辑控制器：自动测试；控制
、 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｅ：ｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｔｏｒ
ＸＵＥ Ｙｕ
‘＇『ＩＩｍ‘ｉ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ＆Ｔｉｎ，ｔｉｍ９ ｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｑｕａｎｔｙ，２１４１０１ ｗ叫．ｄ＇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｔｅｘｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｓｔｅａｄｙ，ｒｅｌｉａｂｌｅ．ａｃｃｕｒａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒ・
ｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｓｔｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ．ａｄｏＩｐｔ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ，ｌｏａｄ ｏｆ ｔｒｙｉｎｇ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ．ｅｔｃ．，ｒｅａｌｉｚｅ ｓｅｍｉ－ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｏｒ ｆｕｌｌ。ａｕｔｏｍａｔｉｃ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｓｔ；Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ；Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｓｔ；Ｃｏｎｔｒｏｌ
传感器模块三大部分，它们之间的数据流图见图２。
圈粤围
图２．智能电动机保护器各模块之间的数据流图 代的带有ｕ Ｓ Ｂ接口的系统，也可以利用它对采用Ｒ Ｓ一２ ３ ２
通信接口的系统进行改造。现在这款新颖的芯片在诸
多领域已经逐步得到了应用，上述在智能电动机保护
航空永磁电驱动系统比例谐振型自抗扰速度控制器设计
航空永磁电驱动系统比例谐振型自抗扰速度控制器设计
作者：陈哲 陈沛阳 滕国飞 李金程 骆光照
来源：《航空科学技术》2023年第12期
摘 要：襟缝翼机电作动器是飞机高升力系统中的关键运动部件，其速度控制对襟缝翼的姿态调节十分重要。然而，襟缝翼机电作动器易受到翼面周期性或非周期性气动载荷干扰，传统的比例积分型速度控制器性能实现受限。为此，本文提出一种基于比例谐振自抗扰控制器（ADRC），在抑制非周期性干扰基础上还可抑制特定次周期性干扰。周期性干扰通过采用比例谐振控制的扩展状态观测器来估计。通过试验，比较了比例积分型控制器、传统线性自抗扰控制器和比例谐振型自抗扰控制器的控制性能，验证了本文所提出的方法可以显著抑制干扰、提高机电作动器的速度控制精度，为飞机平稳起降提供技术支撑。
关键词：机电作动器； 永磁同步电机； 速度控制器； 周期性干扰； 比例谐振
中图分类号：TM34 文献标识码：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2023.12.008
基金项目： 航空科学基金（201919053002）
随着全电/多电飞机的快速发展，高功率密度机电作动器（EMA）在飞机飞行控制系统中得到了极大的推广，其大多采用具有高功率密度和高效率的永磁同步电机（PMSM）[1-3]。在飞机高升系统的襟缝翼EMA中，需要加、减速度快和速度控制精度高[4]。襟缝翼翼面在飞行中的气弹性载荷表现为周期性扭矩载荷[5]，对PMSM驱动器的速度控制精度产生很大影响。根据文献[6]、文献[7]中的分析，气动载荷或颤振的频率范围为25～250rad/s，并高度依赖其翼型的几何设计和材料特性。因此，设计出一种抗干扰能力强的速度控制器对提升航空EMA性能具有重要意义。
现有的比例积分微分（PID）速度控制器在周期性负载扰动存在时控制性能受限。为了设计一种更具抗周期干扰能力的速度控制器，许多学者尝试采用基于模型的控制策略，如模型预测控制[8]和内部模式控制[9]，以及无模型速度控制策略，如重复控制（RC）[10]和迭代学习控制（ILC）[11]。在过去的10年中，自抗扰控制器（ADRC）在EMA领域中也得到了广泛关注，其中线性型 ADRC（LADRC）的数学描述直观，并且方便采用传递函数进行分析[12]。本文采用LADRC作为速度控制器。为了抑制速度环的周期性负载干扰，在ADRC中加入比例谐振控制作为扩张状态观测器的一部分。本文提出的速度控制器保持了传统LADRC的优势，并对特定次周期性干扰有较强的抑制能力，可以实现襟缝翼机电作动器高精度的速度控制，为飞机平稳起降提供技术支撑。 1 机电作动器速度控制
永磁同步电机参数辨识研究
华中科技大学
硕士学位论文
永磁同步电机参数辨识研究
姓名：汤斯
申请学位级别：硕士
专业：控制理论与控制工程
指导教师：沈安文
20090527 华中科技大学硕士学位论文
摘 要
随着伺服技术在家庭生活和工业生产中的应用越来越广泛，具有高性能，高性
价比的永磁同步电机伺服系统已经成为伺服控制系统的发展趋势。由于永磁同步电
机定子参数对于电机控制的性能有着极为关键的影响，于是本文针对永磁同步电机
定子参数的辨识方法进行了研究。
文章首先对目前流行的永磁同步电机参数辨识方法进行了概述，并对各种方案
进行了简单分析。然后介绍了永磁同步电机的数学模型和空间磁场定向矢量控制方
法，并对电机定子参数与电流控制器参数设计之间的关系进行了说明，阐述了电机
参数辨识的重要性。在这个背景下提出了一种基于离线方式下简单有效的永磁同步
电机参数辨识方法。随后在matlab/simulink中建立了仿真模型，对辨识方法的可行
性进行了验证，并分析了硬件参数对于辨识结果产生的影响。最后在硬件平台上对
辨识方法进行了实现，并且针对微处理器本身的基本特点，实现了自然对数高精度
计算，并利用了矩阵方程，最小二乘法曲线拟合等数据处理方法对参数辨识结果进
行了优化处理，减小了实际硬件参数、采样数据偏差等因素产生的辨识误差。
初步的仿真和试验结果验证了所提出辨识方法的可行性和稳定性，说明本文研
究的永磁同步电机参数辨识方法具有一定的实用价值。
关键词：交流伺服 永磁同步电动机 参数辨识 最小二乘法 曲线拟合
I 华中科技大学硕士学位论文
Abstract
As the servo technique servo technology has been applied more and more widely in family life and industry production, the PMSM servo system with both high performance and cost-performance ratio has become the future tendency of the development of servo control system. Since the stator parameters of the PMSM have a significant affect on the performance of motor control, the thesis focuses on the research of the stator parameters identification of the PMSM servo system. Firstly the thesis generally illustrates the popular parameter identification methods of the PMSM in the contemporary world. It also makes a brief analysis of each method. Then the mathematic models of PMSM and the methods of FOC are introduced，what’s more, the thesis states the relationship between motor parameters and the design of current controller parameters, explaining the importance of the motor parameters identification. Under this background an easy and effective PMSM parameters identification method based on the off-line mode is introduced in the thesis, additionally, by making the relevant emulator models in the matlab/simulink platform, the feasibility of the identification method is proved and the influence on the results of identification caused by the hardware parameters is taken into consideration. Finally the identification method is carried out on the hardware platform, based on the fundamental characteristics of the micro processor itself, the test implements the high precision calculation of the natural logarithm, also, by making use of the matrix equation, the curve fitness of the least square modeling and other calculation methods in order to form an optimized process on the outcomes of the parameter identification, the test reduces the identification errors caused by some factors, such as real hardware parameters and sampling data difference. Elementary emulator and the results of the tests have proved the feasibility and stability of the parameter identification which is introduced, indicating that the research on PMSM parameter identification method in this thesis does have practical values.
同步发电机型式试验自动测试系统及其可靠性设计
第１１卷第３期 ２００７年５月 电 机 与 控 制 学 报 ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＡＮＤ Ｃ０ＮＴＲＯＬ ＶｏｌＩ １１ Ｎｏ．３ Ｍａｖ ２００７
同步发电机型式试验自动测试系统 及其可靠性设计
郭立炜 ， 王忠杰 ， 安国庆 ， 陈学广 （１．华中科技大学，湖北武汉４３００７４；２．河北科技大学，河北石家庄０５００５４） 摘要：介绍了一套基于上住机与下住机通信的同步发电机型式试验自动测试系统，集物理量采 集和参数计算为一体，降低了开发成本。给出了系统硬件构成框图，采用数字高通滤波器提高了采 集准确度，并通过同步发电机特性曲线拟合结果论证了方案的可行性。经实践，提出了提高电机测 试系统可靠性的措施。 关键词：同步发电机；测试系统；特性曲线；可靠性 中图分类号：ＴＭ３０６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—４４９Ｘ（２００７）０３—０２２７—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
ＧＵＯ Ｌｉ．ｗｅｉ ，ＷＡＮＧ Ｚｈｏｎｇ－ｊｉｅ ，ＡＮ Ｇｕｏ．ｑｉｎｇ２，ＣＨＥＮ Ｘｕｅ．ｇｕａｎｇ （Ｉ．Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｓ ｉａｚｈｕａｎｇ ０５０００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ａｕｔｏ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｙｐｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ＣｕｌＴｅ ｆｉｔｔｉｎｇ ｉｎｔｏ ａｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｗｈｏｌｅ ｈａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｇｒｅａｔｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｈａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｓａｍｐｌｉｎｇ． Ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｉｍｐｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｓｃｈｅｍｅ’Ｓ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｆｉｔｔｉｎｇ ｃｕｒｖｅ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒ— ｗａｒｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｃｕｒｖｅ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
永磁同步电机的电磁方案设计
永磁同步电机的电磁方案设计
目标
永磁同步电机是一种高效、高性能的电机，它在工业和交通等领域有着广泛的应用。设计一个全面的电磁方案，旨在提高永磁同步电机的效率和性能，并确保方案具有可行性和可靠性。
实施步骤
1. 系统需求分析
首先，我们需要对系统的需求进行详细分析。这将包括电机的额定功率、额定转速、工作环境等方面的要求。同时，还需要了解电机的负载特性和工作条件，例如启动和停止频率、负载变化性等。通过对系统需求的准确分析，可以为后续的电磁方案设计提供准确的参考。
2. 永磁材料选择
永磁同步电机的性能和效率主要依赖于所使用的永磁材料。目前，常用的永磁材料有永磁钕铁硼（NdFeB）、永磁钴铁（SmCo）和永磁铁硼（AlNiCo）等。根据系统需求和成本考虑，选择合适的永磁材料。
3. 电磁设计和优化
电磁设计是永磁同步电机设计的核心环节，它决定了电机的性能和效率。在电磁设计中，需要考虑的因素包括磁极形状、磁极数目、绕组形状、绕组电流分布等。通过使用电磁设计软件，可以对电机的电磁特性进行仿真和优化，以达到最佳的效果。
4. 控制系统设计
控制系统设计是实现永磁同步电机高效工作的关键。在控制系统设计中，需要考虑的因素包括电机的转速闭环控制、电流闭环控制、转矩控制等。通过使用先进的控制算法和硬件设备，可以实现电机的高效、精确控制。 5. 效率优化和节能措施
为了提高永磁同步电机的效率，可以采取一些节能措施。例如，优化电机的磁路设计，减少铁损耗和铜损耗；采用新型的磁材料和绝缘材料，降低磁耗和电阻损耗；合理选择电机的工作点，使其在高效区工作等。通过这些措施，可以提高电机的效率，降低运行成本。
6. 实验验证和性能评估
在电磁方案设计完成后，需要进行实验验证和性能评估。通过搭建实验平台和测试设备，对电机的功率、转速、转矩、效率等性能进行测试和评估。通过与设计要求进行比较，评估电磁方案的优劣，并进行必要的调整和改进。
多相永磁同步电机驱动技术研究
多相永磁同步电机驱动技术研究
一、本文概述
随着能源危机和环境污染问题的日益严重，高效、环保的电机驱动技术受到了广泛的关注。多相永磁同步电机（MPSM）作为一种新型的电机类型，具有效率高、功率密度大、调速范围广、动态性能好等优点，因此在电动汽车、风力发电、工业机器人等领域具有广泛的应用前景。本文旨在对多相永磁同步电机驱动技术进行深入的研究和探讨，以期为其在实际应用中的优化设计和性能提升提供理论支持和指导。
本文将首先介绍多相永磁同步电机的基本结构和工作原理，阐述其相比于传统电机的优势所在。接着，重点分析多相永磁同步电机的数学模型和控制策略，包括其电磁设计、控制算法、功率变换器等方面的内容。在此基础上，探讨多相永磁同步电机的优化设计方法，以提高其效率和可靠性。同时，还将研究多相永磁同步电机在实际应用中的性能表现，包括其动态响应、调速性能、能量效率等方面。
本文还将关注多相永磁同步电机驱动技术的最新发展动态，包括新材料、新工艺、新控制算法等方面的研究和应用。通过对比分析不同方案的优缺点，为实际工程应用提供有益的参考和借鉴。本文将总结多相永磁同步电机驱动技术的研究现状和未来发展趋势，为其在未来的应用和发展提供指导和建议。
本文的研究不仅对于推动多相永磁同步电机驱动技术的发展具有重要意义，同时也为相关领域的研究人员和工程技术人员提供了有益的参考和借鉴。
二、多相永磁同步电机基础理论
多相永磁同步电机（Multi-phase Permanent Magnet
Synchronous Motor, MPPMSM）是电机技术领域的重要分支，其基础理论是深入研究其驱动技术的基石。多相永磁同步电机相较于传统三相电机，具有更高的转矩密度、更低的转矩脉动和更好的容错性能。
多相永磁同步电机的基础理论主要涵盖电机的基本方程、电磁关系、磁路设计以及运行状态分析等方面。电机的基本方程描述了电机的电压、电流、磁链、转矩和转速等物理量之间的关系，是多相电机分析和设计的基础。电磁关系则深入探讨了电机内部电磁场的分布和变化规律，为电机的优化设计和性能提升提供了理论依据。
基于PXI的永磁同步电机RCP教学实验平台设计
基于PXI的永磁同步电机RCP教学实验平台设计
毕大强;郭瑞光;陈洪涛
【摘 要】设计了一种基于PXI的永磁同步电机快速控制原型教学实验平台,阐述了实验平台的整体硬件结构和软件应用进.采用Matlab/Simulink实现永磁同步电机控制算法自动代码快速生成,快速验证算法的可行性.采用LabVIEW图形化编程实现对FPGA板卡资源分配,再通过Veristand实现控制算法与硬件资源对接,并且快速实现上位机的设计.利用上位机监控系统控制永磁同步电机运行状况,实现永磁同步电机瞬时波形实时观测.该平台功能完善 、安全可靠 、操作简单,可完成永磁同步电机先进控制算法快速验证.
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2018(035)012
【总页数】5页(P92-96)
【关键词】永磁同步电机;实验平台;快速控制原型
【作 者】毕大强;郭瑞光;陈洪涛
【作者单位】清华大学 电机系 电气工程实验教学中心,北京 100084;清华大学 电机系 电气工程实验教学中心,北京 100084;清华大学 电机系 电气工程实验教学中心,北京 100084
【正文语种】中 文
【中图分类】TM341;G484
快速控制原形(RCP)技术近些年快速发展,被广泛应用在航空航天、汽车测试领域,不仅加快了产品的快速研发,而且在复杂环境下开始验证控制算法,减少了实验测试中的故障发生概率,加快先进控制算法在产品中的应用[1-4]。
文献[5-6]采用dSPACE实时仿真设备设计对永磁无刷直流电机进行了RCP设计。文献[7]基于PXI和RT_LAB实现永磁同步电机快速原形设计,但是使用设备多,增加了系统复杂度,同样也增加了系统成本。文献[8]基于RT_LAB设计了三电平H桥RCP实验平台。文献[9]采用dSPACE设计了基于RCP的混合动力控制系统,验证了采用RCP控制符合实际系统工作需求。文献[10]采用TI公司DSP2812实现快速控制原形控制器,采用Simulink自动代码生成,但是其资源有限,并且只能采用定点运算,制约了它在Simulink中的图形化编程。文献[11]将基于NI PXI的快速控制原形技术应用在微电网仿真控制中,参与微电网协调控制。
永磁同步电机设计流程
永磁同步电机设计流程
永磁同步电机是一种应用广泛的电机类型，具有高效率、高功率因数和高控制精度等优点，因此在许多领域得到了广泛的应用。设计一台高性能的永磁同步电机需要经过一系列的流程，本文将详细介绍永磁同步电机的设计流程。
一、需求分析
在设计永磁同步电机之前，首先需要明确电机的使用需求。包括电机的功率需求、转速范围、工作环境条件等。通过对需求的分析，可以为后续的设计提供指导。
二、磁路设计
磁路设计是永磁同步电机设计的关键步骤之一。磁路设计的目标是确定合适的磁路结构和尺寸，以实现预期的性能指标。在磁路设计中，需要考虑永磁体的选用、磁路的饱和效应、磁路的损耗等因素。
三、电磁设计
电磁设计是永磁同步电机设计的另一个重要步骤。电磁设计的目标是确定合适的绕组结构和参数，以实现预期的性能指标。在电磁设计中，需要考虑绕组的匝数、线径、绕组方式等因素，以及永磁体和绕组之间的磁场分布和相互作用。
四、机械设计 机械设计是永磁同步电机设计的另一个关键步骤。机械设计的目标是确定合适的机械结构和尺寸，以满足电机的运行要求。在机械设计中，需要考虑电机的轴承结构、散热结构、防护结构等因素，以及电机的安装方式和连接方式。
五、控制系统设计
控制系统设计是永磁同步电机设计的最后一步。控制系统设计的目标是确定合适的控制策略和参数，以实现电机的稳定运行和精确控制。在控制系统设计中，需要考虑电机的闭环控制方式、控制器的选择和参数调节等因素，以及电机与其他设备的通讯和配合。
六、样机制造与测试
在完成永磁同步电机的设计之后，需要进行样机制造和测试。样机制造的目标是按照设计要求制造出一台符合性能指标的永磁同步电机。样机测试的目标是验证电机的性能和功能是否满足设计要求。通过样机制造和测试，可以进一步改进和优化设计。
七、生产与应用
在样机测试通过之后，可以进行电机的批量生产和应用。在生产过程中，需要注意生产工艺和质量控制，以确保电机的一致性和可靠性。在应用过程中，需要根据具体的使用场景和需求，对电机进行调试和优化，以实现最佳的性能和效果。
永磁同步电机调试的总结调试整理
永磁同步电机调试的总结
1. 测量电机的相位： U/V/W信号测量： 相位差为120度。
测试方法： U/V/W分别外接一个电阻，阻值为10K欧姆。然后三个电阻连接在一起为地线。使用示波器的两个表笔，测量两路的信号，然后快速转动电机，则能测量到信号，观察信号的波形，比较出信号差。
UVW电阻10K电阻10K电阻10K地表笔2表笔1表笔正表笔正表笔负
测量连接图
2. Z信号位置测量
给编码器加电，编码器能提供Z信号。使用示波器一路测量U路信号，一路测量Z信号； 然后转动电机，观察波形。同时查看Z脉冲和U路信号的波形，能大概得出他们之间的夹角。
3. 测量A,B信号： 用示波器采集A,B信号，得出相对的反转和正转。
4. 小角度转动：（Z信号一定得连接上，初始位置判断，可以不用。）
Angle角度为定置(电角度/360 + 0.48)*2*PI, 然后给定
Ud = 0; Uq = 0.3;电机正向转动；给负Uq = -0.3；电机反向转动。Uq增加，速度增加。
5. 在第四步的基础上，放开速度环，测量电机的转速。测量的转速和用示波器测量的A向的脉冲个数，分别计算转速，得出的转速应该是一样的。
6. 完全放开速度环，速度环得到的IQ_GIVEN值，直接给Uq值，然后修改速度调节值，速度可以调试。
7. 然后直接将电流环，也放开，则转动异常。
8. 修改g_IQ_Given = 0.1； 然后再进行测试，转速正常；
9. 将电流环全部打开，分析坐标变换，没有发现问题，修改了电流环的PI调节参数，PK = 0.05; KI=0.0002,然后速度可调。
需要进行进一步测试。