1、畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書課題名稱基于dsp永磁同步電機伺服控制器設(shè)計系 別專業(yè)班級姓 名學(xué) 號畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容及要求:1、掌握永磁同步電機矢量控制技術(shù)；2、掌握mosfet等電力電子器件原理，設(shè)計逆變器電路；3、掌握dsp技術(shù)，設(shè)計控制器電路；4、應(yīng)用傳感技術(shù)設(shè)計永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置檢測、速度檢測電路；5、掌握伺服控制系統(tǒng)技術(shù)，完成系統(tǒng)輸入、輸出等輔助電路設(shè)計；6、采用合適的電路仿真軟件，如：proteus等，進行設(shè)計電路的驗證試驗指導(dǎo)教師簽字： 日期： 年 月 日 摘要隨著生產(chǎn)的發(fā)展及各相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的進步，伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)在從軍用領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)到民用電器的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，同

2、時，各領(lǐng)域?qū)λ欧刂葡到y(tǒng)的性能及價格等方面的要求越來越高。數(shù)字信號處理技術(shù)、電力電子技術(shù)、材料生產(chǎn)工藝及控制理論等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展與完善，加上永磁同步電機自身所具有的損耗小及效率體積比高等優(yōu)點，使得采用先進控制策略的數(shù)字化永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)在交流調(diào)速中逐漸占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢，伺服控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢將是對其實現(xiàn)全數(shù)字化。本文首先對永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型進行了詳細的介紹，同時對各種坐標系及其相互間的變換也做了說明，并從原理、思想及實現(xiàn)方法等方面對矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制兩種目前較為成熟且應(yīng)用廣泛的控制策略進行了介紹，然后通過對比分析兩者的性能，確定本文選用矢量控制作為所研究伺服系統(tǒng)的控制策略，進一步又

3、對矢量控制的各種實現(xiàn)方法進行了說明，通過分析各自的特點及優(yōu)勢，并根據(jù)本文中所使用永磁同步電機為表貼式，確定了利用di = 0方法實現(xiàn)矢量控制。其次根據(jù)系統(tǒng)控制的需要，設(shè)計硬件電路，根據(jù)功能將其劃分為電源預(yù)處理電路、三相逆變電路、光耦驅(qū)動電路、直流母線及相電壓檢測電路、轉(zhuǎn)子位置信息檢測電路做了解釋。最后以設(shè)計完成的硬件系統(tǒng)作為實驗平臺，利用tms320f2812作為控制芯片，進行系統(tǒng)的性能測試，最終實現(xiàn)電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的三閉環(huán)控制，其中速度環(huán)控制器采用本文所設(shè)計的模糊自適應(yīng)pi 控制器，并取得了較為理想的實驗效果，驗證了模糊自適應(yīng) pi 控制器不僅具有傳統(tǒng) pi 控制器的優(yōu)點，還具有可以根

4、據(jù)系統(tǒng)運行狀況自動調(diào)節(jié)自身參數(shù)的能力，同時也驗證了整個系統(tǒng)軟硬件設(shè)計的可行性。關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)；永磁同步電機；直接轉(zhuǎn)矩控制；矢量控制；模糊自適應(yīng)控制abstractwith the development of industry and the progress of technology in the related areas ,servo system has been already widely used in various fields from the military and industrial production to civilian electrical appli

5、ances. at the same time, the performance and price of servo system are required more and more strict. because the digital signal processing technology, power electronics technology, control theory and other related fields have had a great development and become better and better and the permanent ma

6、gnet synchronous motor also has lots of advantages of its own, such as lower power loss, higher volumetric efficiency and so on, the digital permanent magnet synchronous motor servo system which adopts advanced control strategy gradually has a dominant advantage in the servo field, and the trend of

7、servo system is full digitalization.firstly, this paper gives a detailed introduction of how to build the mathematical model of permanent magnet synchronous motor, and describes the various coordinate systems and the inter-conversion of them. this paper also introduces vector control technique and d

8、irect torque control technique by elaborating their principles, theories and realizing method. comparing the performances of different control strategies, this paper decides to choose vector control technique as the control strategy. then this paper analyses different methods of the vector control s

9、trategy realization and the feature of surface mounted pmsm, and decides to use id=0 in order to realize field-orientation vector control.secondly, this paper designs a hardware circuit in order to meet the requirement of the hard ware system. according to the functions, the hardware system can be d

10、ivided into many functional models, such as power pretreatment circuit, three-phase inverter circuit ,photoelectric coupled drive circuit, rotor position detective circuit and protective circuit which include a over-current protective circuit, over-voltage protective circuit and braking protective c

11、ircuit. finally, this paper uses the hardware system based on tms320f2812 designed to realize current, speed and position three closed-loops control. the fuzzy adaptive pi controller use din the speed closed-loop control, receives an ideal experiment result, which not only has the traditional pi con

12、trollers advantages, but also adjust the controller parameter automatically .the experimental test also verifies the rationality and feasibility of the hardware and software system.key words: servo system; permanent magnet synchronous motor; vector control; direct torque control; space vector pulse

13、width modulation; fuzzy adaptive pi controller第1章 緒論11.1課題的研究背景及意義11.2交流永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)21.2.1 交流永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史21.2.2 交流永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展21.2.3 交流伺服控制系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢4第 2 章 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型及控制方法研究62.1 永磁同步電機(pmsm)各坐標系及其之間的變換62.2 永磁同步電機(pmsm)的數(shù)學(xué)模型102.3 永磁同步電機控制策略的比較與選擇142.3.1 矢量控制技術(shù)原理及思想152.3.2 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)原理及思

14、想162.3.3 兩種控制技術(shù)的分析與比較182.3.4 永磁同步電機伺服系統(tǒng)控制方法的確定192.4 矢量控制技術(shù)的實現(xiàn)方法202.5 本章小結(jié)21第3章 系統(tǒng)的控制硬件設(shè)計213.1芯片tms320f2812的介紹213.2 硬件電路設(shè)計243.2.1 電源預(yù)處理電路243.2.2 三相逆變電路253.2.3 光耦驅(qū)動電路253.2.4 相電流檢測電路273.2.5 直流母線電壓檢測電路293.2.6 位置信息檢測電路293.3 本章小結(jié)31第4章 原理與分析314.1控系統(tǒng)的原理314.1.1位置閉環(huán)原理314.1.2速度閉環(huán)原理324.2硬件系統(tǒng)的原理334.2.1硬件的結(jié)構(gòu)33第5章

15、 總結(jié)與展望375.1工作總結(jié)375.2工作展望38結(jié) 論38致 謝39參考文獻40第1章緒論1.1課題的研究背景及意義伺服系統(tǒng)就是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動系統(tǒng)。在很多情況下,伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng),其作用是使輸出的機械位移(或轉(zhuǎn)角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉(zhuǎn)角)。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別。它是自動控制系統(tǒng)中的一類。它是伴隨控制理論、微電子和電力電子技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)展起來的,最早出現(xiàn)在20世紀初。1934年第一次提出了伺服機構(gòu)(servomechanism)這個詞,隨著自動控制理

16、論的發(fā)展,到20世紀中期,伺服系統(tǒng)的理論與實踐均趨于成熟,并逐漸得到了推廣。近幾十年來,在新技術(shù)革命的推動下,特別是伴隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速進步,伺服技術(shù)更是如虎添翼突飛猛進。伺服系統(tǒng)在機械制造行業(yè)中應(yīng)用得最多最廣,各種機床運動部分的速度控制、運動軌跡控制、位置控制等,都是依靠各種伺服系統(tǒng)控制的。它們不僅能完成轉(zhuǎn)動控制、直線控制,而且能依靠多套伺服系統(tǒng)的配合,完成復(fù)雜的空間曲線運動的控制,如仿型機床的控制、機器人手臂關(guān)節(jié)的運動控制等。而且它們可以完成的運動控制精度高,速度快,遠非一般人工操作所能達到的。在冶金工業(yè)中,電弧煉鋼爐、粉末冶金爐等的電極位置控制,水平連鑄機的拉坯運動控制,軋

17、鋼機軋輥壓下運動的位置控制,都是依靠伺服系統(tǒng)來實現(xiàn)的。在運輸行業(yè)中,電氣機車的自動調(diào)速、高層建筑中電梯的升降控制、船舶的自動操舵、飛機的自動駕駛等,都由各種伺服系統(tǒng)為之效力,以減緩操作人員的疲勞,同時也大大提高了工作效率。在軍事上,伺服系統(tǒng)用得更加普遍,如雷達天線的自動瞄準跟蹤控制,高射炮、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)射架的瞄準運動控制,坦克炮塔的防搖穩(wěn)定控制,防空導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制,魚雷的自動控制等。在計算機外圍設(shè)備中,也采用了不少伺服系統(tǒng),如自動繪圖儀的畫筆控制系統(tǒng)、磁盤驅(qū)動系統(tǒng)等。 世界上各大dsp生產(chǎn)商把dsp的高速運算速度和單片機的高控制能力相結(jié)合,開發(fā)出電動機控制的專用dsp芯片。這些dsp芯片集成了電

18、動機控制所必需的可增加死區(qū)且靈活多變的pwm信號發(fā)生器和高速高精度adc,以及用于電動機速度和位置反饋的編碼器接口等電路,因此dsp可以被稱為目前用于電動機控制中功能最強大的控制器。近幾年來,隨著對dsp的研究越來越專業(yè)化,dsp功能的也在不斷完善,價格不斷下降,和普通單片機的價格也越來越接近,以及其開發(fā)工具的價格不斷下降,使得其在工業(yè)生產(chǎn)中dsp的使用范圍不斷擴大,一個dsp控制電動機的時代己經(jīng)來臨。因此,本論文選擇dsp控制伺服電機作為研究內(nèi)容具有很重要的現(xiàn)實意義,可以說,不管是在現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展、抑或是在今后發(fā)展都有很強的代表性。1.2 交流永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)1.2.1 交流永磁同步

19、電機伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史伺服系統(tǒng)，是指該系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)所接受到的控制信號來實現(xiàn)指定動作，即在未接收到任何控制信號之前，被控象是不會有任何動作的；只有在控制信號到達后，它才會按照控制信號的要求而動作；被控對象會隨著控制信號的消失而自動停止。由于執(zhí)行機構(gòu)的上述特點，我們將這種系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)2。圖1.1 伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由上圖可以看到，構(gòu)成伺服系統(tǒng)主要的主要結(jié)構(gòu)包括：位置信息檢測部分、信號放大部分(偏差放大)、執(zhí)行機構(gòu)和被控對象等。其主要任務(wù)就是根據(jù)給定指令與實際位置信息的偏差，產(chǎn)生偏差信號，通過信號放大電路作用于執(zhí)行機構(gòu)，最終使被控對象達到指定狀態(tài)。伺服電機的發(fā)展直接制約著伺服系統(tǒng)的發(fā)

20、展，二者密不可分，上世紀六十年代之前主要的驅(qū)動形式是采用步進電機驅(qū)動的液壓伺服馬達及直接利用功率步進電機，而且在這個時期開環(huán)控制是伺服系統(tǒng)中位置控制的主要方式。在工業(yè)高速發(fā)展的背景下，對伺服系統(tǒng)位置控制性能的要求也隨之增加，這就使得永磁直流伺服電機在實際生產(chǎn)中的不足暴露出來，如：其使用壽命短，因此需要大量的維護工作，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，同時也降低可靠性；直流伺服電機自身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以不容易做到小體積，同時帶來的問題就是轉(zhuǎn)動慣量大，進而限制其相應(yīng)的快速性。所以，一直以來，人們所關(guān)注的是如何利用不需要換向器和電刷的高性能交流伺服電機代替直流伺服電機。1.2.2 交流永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域

21、的發(fā)展一、永磁同步電機 永磁同步電機從誕生到在工業(yè)中占據(jù)統(tǒng)治地位的發(fā)展過程受著永磁材料工業(yè)的緊密制約。當前，鋁鐵氧體、鎳鉆及稀土永磁材料三大類永磁材料是用來生產(chǎn)永磁同步電機主要材料。二、電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)是實現(xiàn)弱電控制強電的必備條件，是二者之間相互關(guān)聯(lián)的接口和橋梁。自從第一個功率半導(dǎo)體開關(guān)晶閘管于上世紀 50 年代末問世，其性能日趨完善容量越來越大的同時，生產(chǎn)成本逐日降低，同時促進了控制電路功能的提高與改善，使電機的控制技術(shù)也得到了很大的發(fā)展。尤其是上世紀 70 年代左右問世的電源變頻技術(shù)及其產(chǎn)品，可以實現(xiàn)工頻電源到頻率連續(xù)可調(diào)的變頻電源的轉(zhuǎn)變，這為近代交流調(diào)速的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。圖

22、 1.1 所示為半導(dǎo)體功率器件發(fā)展過程中，各階段的主要代表器件。半控式晶閘管具備自動關(guān)斷能力的半導(dǎo)體器件：大功率晶體管gtr可關(guān)斷晶閘管gto功率場效應(yīng)管mosfet復(fù)合型長空器件：絕緣柵率晶體管ogbt。靜電感應(yīng)式晶體管mos晶體管mgt功率集成電路ipm圖 1.2 半導(dǎo)體功率器件各發(fā)展階段代表器件三、微處理器和計算機技術(shù)計算機及微處理器技術(shù)作為高新技領(lǐng)域核心部分的同時，也是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中技術(shù)進步所必須的基礎(chǔ)。電機控制技術(shù)的成熟過程是以它們的技術(shù)進步為前提的。電力電子技術(shù)的發(fā)展與成熟，促進了專用集成電路、微處理器等的問世，使利用數(shù)字控制取代模擬控制從而提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，以及實現(xiàn)模擬電路

23、無法實現(xiàn)的控制算法成為可能。數(shù)字信號處理器 dsp 及現(xiàn)場可編程門陣列 fpga 就是在這種趨勢下誕生的，進而也可以窺見未來處理器的發(fā)展方向。dsp 采用哈弗結(jié)構(gòu)，與單片機相比它的數(shù)據(jù)和程序分別存儲在不同的空間，這樣可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和程序的同時操作，提高了運行效率，除此之外還有集成度高、快速運算、存儲容量大等優(yōu)點。由于電機廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，所以很多大廠家都研發(fā)并生產(chǎn)出專用于電機控制的 dsp 芯片，而且將 a/d 模塊和 pwm 等電機控制接口電路都集成在其中，使控制電路得到了極大簡化的同時也提高了系統(tǒng)的可靠性并降低了成本。fpga 則是通過其高度的集成，使得控制系統(tǒng)能實現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能的同時簡化

24、了系統(tǒng)并提高了其可靠性，通常一片fpga 芯片上可以集成上萬甚至幾十萬個門電路。計算機技術(shù)方面取得的成果，能使電機控制系統(tǒng)通過信息的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與其他相關(guān)的系統(tǒng)連成一體，從而可以進行整體的規(guī)劃設(shè)計，對控制體統(tǒng)實現(xiàn)了優(yōu)化。四、永磁同步電機控制方法交流電動機自身是一個強耦合的非線性時變系統(tǒng)，很難對其進行直接控制而達到對伺服系統(tǒng)性能的較高要求，選擇合適的控制策略不僅以使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)靜態(tài)和抗干擾性能，還可以彌補系統(tǒng)中硬件中的不足之處，進而改善控制體統(tǒng)的整體性能。調(diào)壓調(diào)頻控制(即 vvvf 控制)、直接轉(zhuǎn)矩控制(即 dtc)和矢量控制(即 foc)作為控制策略，目前在交流電機調(diào)速領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。各控制

25、方法的主要特點如下：vvvf 控制系統(tǒng)主要是通過一個逆變方式為 pwm 方式的逆變器，根據(jù)設(shè)定好的參考電壓值、頻率值產(chǎn)生交變正弦波信號，輸入到電機的三相輸入端，從而使電機的運行狀態(tài)滿足所設(shè)定的參考值。因為這種控制中所用到的變量都來自外部，而不是通過對電機的線電壓、線電流以及位置信息進行采樣得到的信號，所以這種控制屬于開環(huán)控制，從而導(dǎo)致不能實時檢測到電機的瞬時狀態(tài)，不能實現(xiàn)精準的控制，基于這個原因，vvvf控制只能在對精確度要求不高的場合應(yīng)用，如水泵和鼓風(fēng)機等的控制中。電機本身是個多變量、強耦合的系統(tǒng)，而矢量控制的主要目的就是實現(xiàn)解耦，將三相變量通過clark 變換、park 變換分解成兩個相互

26、垂直的的分量，這樣方向與磁鏈相同的用來代表定子中的勵磁電流，與它正交的代表轉(zhuǎn)矩電流，這樣就實現(xiàn)了完全解耦。這樣就實現(xiàn)了對交流電機的控制類似于直流電機的控制，即令勵磁電流為常量，根據(jù)需要設(shè)定不同的轉(zhuǎn)矩電流來控制轉(zhuǎn)矩。矢量控制具有可以使系統(tǒng)獲得良好的動態(tài)特性、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度好、速度調(diào)節(jié)精度高等顯著優(yōu)點，因此它的提出，標志著控制理論在交流電機控制領(lǐng)域取得了本質(zhì)上的突破。但是由于它的解耦過程首先要確定轉(zhuǎn)子磁鏈，之后進行 clark變換和 park 變換，這就需要很大的計算量，同時電機轉(zhuǎn)子參數(shù)的變化也會對系統(tǒng)造成影響，這些會將整個控制系統(tǒng)復(fù)雜化。這就是應(yīng)用矢量控制過程中存在的缺點。直接轉(zhuǎn)矩控制，與矢量控制

27、不同之處在于，它直接以電機的輸出轉(zhuǎn)矩為控制對象，而不是控制電流及磁鏈等中間變量。該理論首次被提出時其實現(xiàn)過程是：對轉(zhuǎn)矩進行實時檢測并通過與設(shè)定的參考值比較得到一個誤差信號，在提前計算好的開關(guān)表格中根據(jù)誤差信號的值確定所需要的電壓空間矢量，從而對三項逆變橋上、下橋臂的功率開關(guān)器件的開通或關(guān)斷進行控制。由此可見，在直接轉(zhuǎn)矩控制中沒有 clark 變換、park 變換，也不需要 pwm信號發(fā)生器，所以其控制系統(tǒng)得到了很大程度的簡化，同時也降低了對電機參數(shù)的變化的敏感度，因此系統(tǒng)的動態(tài)性能十分理想。但是由于功率器件的開關(guān)狀態(tài)時根據(jù)誤差信號而從表格中選取的，所以開關(guān)頻率不好控制，這樣會造成轉(zhuǎn)矩和定子中的

28、電流不是不平穩(wěn)變化，根據(jù)采樣定理可以知道，要想控制信號不是真需要特別高的采樣頻率。1.2.3 交流伺服控制系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢絕大多數(shù)情況下，伺服控制系統(tǒng)的控制環(huán)由內(nèi)到外主要分別問電流環(huán)、速度環(huán)及位置環(huán)，其中電流環(huán)實際就是轉(zhuǎn)矩換環(huán)，它們對系統(tǒng)的性能起著決定性的作用，因此在世界范圍內(nèi)有大量的學(xué)者研究人員對其進行了廣泛而深入的研究。pwm 即脈寬調(diào)試技術(shù)，就是通過特定的控制策略來確定逆變橋臂上功率器件的開通、關(guān)斷及時間，這樣就得到一系列脈沖電壓信號，改變脈沖的占空比可以實現(xiàn)變壓，同時改變占空比和周期便實現(xiàn)了變頻變壓14。滯環(huán)調(diào)制、正弦波調(diào)制(spwm)、空間矢量調(diào)制(svpwm)是其主要的

29、實現(xiàn)方式。文獻15總結(jié)了 ti 公司的 zhen yu yu 等人通過的dsp 數(shù)字實現(xiàn)對各種 pwm 調(diào)試方式所進行的實驗分析結(jié)果，各種調(diào)制方式的優(yōu)缺點如下：滯環(huán)調(diào)制方式雖然容易實現(xiàn)，但是諧波在電流波形中所占的比例過大，使得系統(tǒng)沒有良好的性能；spwm 調(diào)制方式利用正弦波作為調(diào)制波，三角波作為載波，通過二者的交點來確定脈沖序列的寬度，數(shù)字實現(xiàn)中，在自然采樣的基礎(chǔ)上形成了多種規(guī)則的采樣方法；空間矢量脈寬調(diào)制所具有的優(yōu)點包括：調(diào)制比高、電流中高次諧波所占的百分比小、較寬的線性范圍、數(shù)字化實現(xiàn)方便等。16文獻17對將空間矢量脈寬調(diào)制如何在三相交流電機中進行應(yīng)用及其原理進行了分析，并對此時三相逆變橋

30、的電壓輸出能力做了詳細的討論。文獻18分別對 svpwm 與 spwm 做了關(guān)于在開關(guān)模式、零矢量、調(diào)制信號空間矢量及扇區(qū)等幾個不同的方向的對比分析，同時對包含有三次諧波的 spwm 與 svpwm 間所存在的關(guān)系。文獻19說明在 svpwm 調(diào)制方式中，零矢量的不同放置方式可以降低諧波成分對電流的影響，合理的放置零矢量，使每個 pwm 周期內(nèi)只有一個零矢量，這樣功率開關(guān)器件的開關(guān)次數(shù)可以減少 1/3，從而達到了空間矢量調(diào)制中開關(guān)損耗最小的目的。永磁同步電機伺服系統(tǒng)的控制中如果只用傳統(tǒng)的 pid 控制，由于其非線性及數(shù)變化的特點，會對系統(tǒng)的動態(tài)特性產(chǎn)生壞的影響，因此為了得到較為良好的動態(tài)特性，

31、降低參數(shù)變化對系統(tǒng)控制性能的不利影響，所使用的控制器需要有較強魯棒性。文獻20、文獻21及文獻22中提出的控制方案均采用的滑模變結(jié)構(gòu)，文獻23和文獻24中永磁同步電機速度和位置環(huán)的控制器所采用的策略為自適應(yīng)控制。為了改善傳統(tǒng) pid 控制方法在永磁同步電機的應(yīng)用中其魯棒性在負載轉(zhuǎn)矩改變時差，文獻25中提出了糊控制策略。為了提高永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及抗干擾能力，文獻26設(shè)計出了一種魯棒控制器。在永磁同步電機控制器中，為了實現(xiàn)逆變控制優(yōu)化27及自學(xué)習(xí)電流控制28的目的，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被作為一種手段而引入。最近一些年，dsp 芯片的價格隨著技術(shù)的成熟與完善不斷降低，尤其是專用于電機控制的 ds

32、p 芯片問世以后，為全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了強有力的硬件支持。高頻芯片以及集成在其中的各種模塊，可以在片上實現(xiàn)各種功能，如 a/d 轉(zhuǎn)換功能，pwm 產(chǎn)生于輸出功能，光電編碼器和一些通用 i/o 接口的集成，使交流伺服系統(tǒng)中電流、速度和位置三個環(huán)的控制都是通過軟件來實現(xiàn)成為可能2930。總體分析和總結(jié)交流伺服系統(tǒng)從問世到今天，其在理論和技術(shù)上的發(fā)展及取得的成就，可以得出其未來趨勢會體現(xiàn)在系統(tǒng)數(shù)字化程度和性能越來越高，各種控制策略相結(jié)合使其越來越智能化，及系統(tǒng)簡化呈現(xiàn)微型化2。表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)由于交流伺服系統(tǒng)在性能方面的顯著優(yōu)勢，所以現(xiàn)有的直流伺服系統(tǒng)就很快被交流伺服系統(tǒng)所全

33、部取代；(2)未來交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展集中在兩個方面：一是民用領(lǐng)域和對系統(tǒng)性能要求不是很高的工業(yè)領(lǐng)域，主要特點為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，如簡易的數(shù)控機床、辦公及家庭電器設(shè)備，這兩個領(lǐng)域的潛力巨大；另一方向則是在對系統(tǒng)性能要求很高的各領(lǐng)域的應(yīng)用，例如機器人領(lǐng)域以及高精度數(shù)控機床，特點是能夠集中體現(xiàn)交流伺服系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展水平及研究的主導(dǎo)方向，具有代表性的作用；(3)由于數(shù)字信號處理器及數(shù)字電路性能的提升，其在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越多，這就使全數(shù)字化軟件伺服系統(tǒng)的實現(xiàn)成為現(xiàn)實，同時可以更多的借助于軟件進行設(shè)計和使用系統(tǒng)，這就使系統(tǒng)具有自動診斷、自我保護及顯示數(shù)據(jù)等諸多功能，從而提高系統(tǒng)的總體功能使

34、其更加完善；(4)由于傳統(tǒng)的 pid 在控制中或多或少的存在一些不足，因此在數(shù)字信號處理器被交流伺服系統(tǒng)采用之后，各種現(xiàn)代控制理論及先進的控制策略的新研究成果都在交流伺服系統(tǒng)中廣泛的應(yīng)用；(5)電力電機技術(shù)的不斷發(fā)展，高頻化成為其器件的發(fā)展趨勢，這促使在交流伺服系統(tǒng)中智能功率集成電路的應(yīng)用比重提高，逆變器也隨著技術(shù)的進步與成熟，高頻、小型成為它的主要發(fā)展方向。第 2 章 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型及控制方法研究2.1 永磁同步電機(pmsm)各坐標系及其之間的變換三相交流電機控制在實際的應(yīng)用中，首要解決的問題是坐標變換，將復(fù)雜的交流電機模型簡化，將三相交流電機的控制轉(zhuǎn)換成類似于他勵磁直流電機的控制。

35、在電機控制中最常用到的坐標系可以根據(jù)其在電角度空間的位置與時間的關(guān)系被分為兩種，在電角度空間中位置不隨時間變化的坐標系有三相靜止a b c坐標系、兩相靜止 坐標系，位置隨時間變化的旋轉(zhuǎn)坐標系為d q旋轉(zhuǎn)坐標系。實現(xiàn)各坐標系相互轉(zhuǎn)換的變換為clark變換及clark逆變換，用來完成三相靜止a b c坐標系到兩相靜止 坐標系之間的相互轉(zhuǎn)換，實際作用是將三相交流電機的模型與兩相交流電機模型進行等效的變換；pakr 變換、反 pakr 變換，用來完成兩相靜止 坐標系與兩相d q旋轉(zhuǎn)坐標系之間的變換實際作用是實現(xiàn)兩相交流電機的模型與直流電機的模型進行等效的相互轉(zhuǎn)換。一、a b c坐標系圖 2.1 三相靜

36、止a b c坐標系以三相定子繞組軸線方向為坐標軸方向，形成空間彼此相差 120的三相靜止a b c坐標系。通常選取 a 軸的方向為水平，b 軸、c 軸分別在此基礎(chǔ)上依次逆時針旋轉(zhuǎn) 120、240。因此在該坐標系中，三相定子電流的矢量表達式為： （2-1）二、 坐標系及clark(3s /2s)變換從三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的變換可稱為3 s /2s 變換(s 為靜止的英文縮寫) ，如圖 2.2 所示。圖 2.2 a b c坐標系和 坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為了方便分析與應(yīng)用，設(shè) 軸與a軸重合， 軸與 軸垂直且超前90電角度， 軸與 軸構(gòu)成 坐標系。因為所討論的電機都是對稱的，所以圖中n2,n3分

37、別為電機為兩相、三相時其定子線圈的有效匝數(shù)，定子每一相上的磁動勢正比于該相線圈的有效匝數(shù)與其中流過電流的乘積。根據(jù)變換前后磁動勢保持不變這一原則，可以得到：（2-2）于是得到矩陣變換形式：（2-3）由于需要在兩相靜止與三相靜止間進行互換，所以需要求矩陣的逆，因此人為地在原有轉(zhuǎn)換矩陣的基礎(chǔ)上加上一個零軸，設(shè)其有效匝數(shù)為n2，通過電流i0，則其磁動勢為2 0n i ，于是可將式(2-3)改寫為：（2-4）設(shè)則有：于是可得：至此，從三相靜止到兩相靜止坐標系的變換,即 clark 變換的矩陣表達式為：（2-5）其逆變換表達式為：（2-6）對于電子繞組為y 型連接的電機，有ia+ib+ic=0將其分別代

38、入式(2-5)、(2-6)可得（2-7）（2-8）基于電流得到的變換矩陣同時適用于電壓和磁鏈的相應(yīng)變換。三、d q坐標系及park(2 s /2r )變換在d q坐標系中，選擇轉(zhuǎn)子磁極的軸向作為d 軸，與其垂直且超前90電角度為 q軸， 因為d q坐標系是旋轉(zhuǎn)的，因此d 軸與 軸的夾角 是隨時間的變化而變的，如圖2.3所示。圖 2.3 坐標系和d q坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系從圖中可以得出兩坐標系間存在如下關(guān)系：（2-9）將其表示成矩陣形式，即得到 park 變換的矩陣表達式為：（2-10）至此，clark、park 轉(zhuǎn)換矩陣都已得出，由此可推導(dǎo)出直接從三相靜止a b c坐標系到兩相d q旋轉(zhuǎn)坐標系的變

39、換及逆變換矩陣表達式分別為：（2-11）（2-12）經(jīng)過轉(zhuǎn)換后三相交流永磁同步電機的模型便可利用直流電動機的控制策略進行控制，從而大大簡化了永磁同步電機的控制，這是近代交流調(diào)速中的理論基礎(chǔ)3133。2.2 永磁同步電機(pmsm)的數(shù)學(xué)模型永磁同步電機(pmsm)區(qū)別于普通感應(yīng)電機最主要的因素是其轉(zhuǎn)子磁路的結(jié)構(gòu)不同，而定子的結(jié)構(gòu)基本沒有區(qū)別。由于這個差別，使得永磁同步電機在運行特性、控制方法及制造上有別于感應(yīng)電機，從而導(dǎo)致實際應(yīng)用中應(yīng)用的場合也不同。永磁同步電機在實際應(yīng)用中一個最基本的特征就是：為了在矢量控制中減少轉(zhuǎn)矩脈動，所以一定要求其感應(yīng)電動勢為正弦的。 能夠準確反映研究對象實際結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)

40、模型，是實際應(yīng)用和研究的重要手段。為了較好地實現(xiàn)對永磁同步電機進行分析及控制，需要對其建立有效而簡潔的數(shù)學(xué)模型。永磁同步電機主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子包括 a、b、c 三相對稱繞組，永久磁鋼安裝在轉(zhuǎn)子上。由于電機工作過程中定子與轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生相對運動，由于二者間的耦合是通過氣隙磁場形成的，所以存在著復(fù)雜的電磁關(guān)系。在實際應(yīng)用中，為了使分析簡便，經(jīng)常有如下假設(shè)：(1) 不計電機中的鐵芯飽和、磁滯及渦流的損耗；磁路近似等效為線性，便于分析中采用疊加原理；(2) 電機的定子繞組為 y 形連接，繞組軸線之間相差 120電角度，通以三項對稱的正弦波電流；(3) 永久磁鋼沒有阻尼作用，轉(zhuǎn)子上不存在阻尼繞組；(

41、4) 電機感應(yīng)電動勢為正弦波，當定子三相繞組中通以三項對稱正弦電流時，忽略所產(chǎn)生的分布磁勢中的高次諧波，為正弦分布；在永磁同步電機的實際應(yīng)用中，采用上述假設(shè)進行分析的結(jié)果與其實際情況基本吻合，因此通常做此假設(shè)3538。本文中所控制的永磁同步電機為表貼式永磁同步電機，因此對數(shù)學(xué)模型的說明僅以表貼式永磁同步電機為例。在a b c坐標系中，由于轉(zhuǎn)子的電磁機構(gòu)并不是對稱的，所以方程會隨著轉(zhuǎn)子位置的變化而變化是非線性時變方程，所以用它來分析動態(tài)特性存在相當大的難度。在 坐標系中的電機方程，雖然已經(jīng)得到了一定的化簡，但所得到的依然不是線性方程，所以為實際應(yīng)用的方便，經(jīng)常采用d q坐標系中的數(shù)學(xué)模型對永磁同

42、步電機進行分析與控制39。各坐標系中永磁同步電機的等效模型如圖2.4所示。圖 2.4 永磁同步電機各坐標系及變量的矢量圖d q坐標系中永磁同步電機的電壓方程表達式：式中：r轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)下的電角速度；p 微分算子；rs 表示三相定子繞組中每相繞組上的電阻值；ud,uq分別表示定子電壓矢量在d ,q軸上的分量；id,iq分別表示定子電流矢量在d ,q軸上的分量；d,q分別表示定子磁鏈在d ,q軸上的分量可將式 2-13 表示為： （2-14）對于表貼式永磁同步電機，有l(wèi)d=lq=l，所以表達式(2-14)在正弦穩(wěn)態(tài)時可進一步表示為： （2-15）d q坐標系中永磁同步電機的磁鏈方程表達式為： （2

43、-16）式中：（2-17）分別表示d 軸和q軸上的等效電感。其中，ls是d 軸和 q 軸上的線圈漏感，ld，lmd，lq,lmq分別表示定子線圈在 d 軸和 q 軸上的自感和勵磁電感。如果將永磁同步電機轉(zhuǎn)子上的永磁體看作一個勵磁線圈，其有效匝數(shù)和d 軸定子線圈相等，設(shè)其中通過的等效勵磁電流是if，則其產(chǎn)生的基波勵磁磁場和永磁體相同，變可得到如下表達式： （2-17）則定子磁鏈方程可因此改寫為： （2-18）電磁轉(zhuǎn)矩的矢量方程表達式為： （2-19）式中pn表示永磁同步電機轉(zhuǎn)子的極對數(shù)，由圖 2.5 可知，在 d q坐標系中有：（2-20）將上式代入式(2-19)可得：（2-21）將磁鏈方程(2

44、-16)代入上式，可得：（2-22）從圖2.5中可得：將其帶入上式，便得到：（2-23）或者： （2-24）通過式(2-23)、(2-24)，可以看出，電磁轉(zhuǎn)矩由兩部分組成，第一部分(中括號中第一項)稱為勵磁轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩是由于定子電流和永磁體的勵磁磁場間所存在的相互作用而生成的，稱作轉(zhuǎn)矩角。而空間電角度，是由轉(zhuǎn)子上永磁體的基波勵磁磁場同定子中三相電流基波合成磁動勢兩條軸線間的夾角，但由于在定子中其磁動勢fs與所通電流的合成矢量is軸線及方向均相同，所以 也用來表示空間電角度；第二部分(中括號中第二項)代表磁阻轉(zhuǎn)矩，是由于轉(zhuǎn)子上存在凸極效應(yīng)而產(chǎn)生的。對于表貼式永磁同步電機的轉(zhuǎn)子，由于ld=lq,

45、lmd=lmq=lm, 所以不存在磁阻轉(zhuǎn)矩，進而電磁轉(zhuǎn)矩的表達式可以表示為：（2-25）或者： （2-26）在d q坐標系中，當id =0 時，is與f相互正交，此時定子中單位電流所產(chǎn)生的力矩為最大值。永磁同步電機運動方程表達式為：（2-27）或者： （2-28）式中： j 電機的轉(zhuǎn)動慣量；tl由電機所帶負載而產(chǎn)生的負載轉(zhuǎn)矩；b 黏滯摩擦系數(shù)；m電機轉(zhuǎn)子的機械角速度；r電機轉(zhuǎn)子的電角速度；因為本為采用的永磁同步電機為表貼式，所以當本章開始提到的各種假設(shè)的理想條件都滿足時，且b =0 時，可得到在d q坐標系中永磁同步電機的狀態(tài)方程為：（2-29）永磁同步電機(pmsm)的數(shù)學(xué)模型由以上各方程構(gòu)

46、成。通過這些方程可以了解到，作為被控對象，永磁同步電機具有：多變量、強耦合及非線性等特點4042。2.3 永磁同步電機控制策略的比較與選擇近代交流調(diào)速領(lǐng)域中，大量的學(xué)者對于永磁同步電機的控制策略進行了深入的研究，并取得了豐富的研究成果，矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制是其中較為成熟的兩種控制策略，而且在實際的生產(chǎn)領(lǐng)域都已取得了廣泛而成功的應(yīng)用37。在實際的伺服控制系統(tǒng)中，控制策略的選擇是否合適，直接關(guān)系到該系統(tǒng)的性能是否能滿足較高的性能要求，如作為伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件的電機具有很寬的調(diào)速范圍且速度跟隨和位置定位的精度高，系統(tǒng)響應(yīng)時間短且無超調(diào)存在，在突然加載(負載變化)時系統(tǒng)可以在不震蕩的情況下快速恢復(fù)到穩(wěn)

47、定狀態(tài)等。這里對兩種控制策略進行簡單的介紹，并根據(jù)其各自的特點進行比較，結(jié)合本文所設(shè)計伺服系統(tǒng)的綜合性能要求選擇其中一種，之后詳細闡述相關(guān)知識。2.3.1 矢量控制技術(shù)原理及思想采用矢量控制技術(shù)對永磁同步電機進行控制，其基礎(chǔ)是通過坐標變換得到得電磁轉(zhuǎn)矩方程表達式。將表貼式永磁同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩式(2-25)及式(2-26)重新表達如下：（2-30）不難發(fā)現(xiàn)，該電磁轉(zhuǎn)矩表達式在直流電機和永磁同步電機中同樣適用，式中f為永磁體產(chǎn)生，因此其值固定不變，至此可以看到，直流電機的控制方法可以用來對永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩進行控制，所獲得的調(diào)速性能十分相近。直流電機中由于勵磁磁場和電樞磁場間不存在耦合關(guān)系，因為

48、二者是相互垂直的，所以可以對勵磁繞組和電樞繞組中的電流分別予以控制。而在永磁同步電機定子上所施加的為三相交流電流，使得三相繞組不僅彼此間存在強藕合而且還與轉(zhuǎn)子永磁體所形成的磁場間存在著藕合。通過設(shè)法使定子中三相電流所合成的磁動勢空間矢量的方向正交于永磁體勵磁的磁場方向，進而可以單獨對定子中電流的幅值進行控制，稱此為磁場定向矢量控制(即 foc)。通過坐標系不難發(fā)現(xiàn)，該電磁轉(zhuǎn)矩表達式在直流電機和永磁同步電機中同樣適用，式中f為永磁體產(chǎn)生，因此其值固定不變，至此可以看到，直流電機的控制方法可以用來對永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩進行控制，所獲得的調(diào)速性能十分相近。直流電機中由于勵磁磁場和電樞磁場間不存在耦合關(guān)

49、系，因為二者是相互垂直的，所以可以對勵磁繞組和電樞繞組中的電流分別予以控制。而在永磁同步電機定子上所施加的為三相交流電流，使得三相繞組不僅彼此間存在強藕合而且還與轉(zhuǎn)子永磁體所形成的磁場間存在著藕合。通過設(shè)法使定子中三相電流所合成的磁動勢空間矢量的方向正交于永磁體勵磁的磁場方向，進而可以單獨對定子中電流的幅值進行控制，稱此為磁場定向矢量控制(即 foc)。通過坐標系變換，在旋轉(zhuǎn)d q坐標系中，d 軸與q軸的完全解藕，就實現(xiàn)了利用直流電機的控制方法對永磁同步電機進行控制。通過式(2-30)可知，電機輸出轉(zhuǎn)矩與定子三相繞組所通電流的大小成正比，因此當 = 90時，定子中通過的單位電流會產(chǎn)生最大的電磁

50、轉(zhuǎn)矩，即此時轉(zhuǎn)矩與電流之比的比值取最小值，電機內(nèi)的銅耗也達到最低水平。在電機實際應(yīng)用的控制中，實現(xiàn)矢量控制的過程就是實現(xiàn)對d q坐標系兩軸上的電流分量進行單獨控制的過程，即設(shè)法實現(xiàn)id=i*d,iq=i*q(i*d,i*q)分別為直軸與交軸電流分量的系統(tǒng)給定值)。三相電流的給定值是由i*d,i *q利用坐標變換公式(2-12)而得到的，之后通過電流的閉環(huán)控制可使三相電流的實際值與參考值相等，進而實現(xiàn)了id=i*d,iq=i*q其轉(zhuǎn)換關(guān)系表是為式(2-31)所示。（2-31）由此可見，永磁同步電機的矢量控制的實質(zhì)就是通過將三相電流的期望值i*a,i*b,i*c通過坐標閉環(huán)轉(zhuǎn)換成與其對應(yīng)的i*d，

51、i*q，通過控制后者而實現(xiàn)對前者的控制。實現(xiàn)了id,iq 的分別進行控制，亦實現(xiàn)了對電機輸出轉(zhuǎn)矩及氣隙磁通的獨立控制，電機作為被控器件，其轉(zhuǎn)矩與iq 成正比，因此通過一系列的變換，永磁同步電機數(shù)學(xué)模型至此已經(jīng)轉(zhuǎn)換成他勵磁直流電機的數(shù)學(xué)模型了6,43452.3.2 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)原理及思想永磁同步電機中電流、電壓及磁鏈三個變量彼此之間的矢量關(guān)系如圖 2.5所示，圖中x軸的正方向為定子的磁鏈方向，其與d 軸的夾角稱為轉(zhuǎn)矩角，用 表示，x-y為旋轉(zhuǎn)坐標且固定在定子上，d q坐標系如圖 2.3 所示，于是電機電磁轉(zhuǎn)矩又可寫成4650：（2-32）對于表貼式永磁同步電機，由于ld=lq=ls(設(shè)其值為

52、ls)，于是有：分別對式(2-32)和式(2-33)在 t = 0時刻求導(dǎo)，所得即為該時刻電磁轉(zhuǎn)矩增長率，當電機為凸極型時有：（2-33）當電機為隱極式時，則有：（2-34）式中s定子磁鏈；f轉(zhuǎn)子磁鏈；凸極系數(shù)。圖 2.5 永磁同步電機定子與轉(zhuǎn)子坐標系由以上表達式可以很清楚的看到，如果使定子磁鏈的值恒定不變，那么只有轉(zhuǎn)矩角 的大小會對電機的輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響。當定子磁鏈和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不一致時，就會得到不同的 值，又由于電機的電磁常數(shù)較小，所以二者中較容易改變的是定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，所以保持定子磁鏈的幅值不變，采用改變定子磁鏈的轉(zhuǎn)速及方向獲得不同的轉(zhuǎn)矩角 ，進而改變電機的輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是該控制技術(shù)的基本

53、思想。在實際控制應(yīng)用中，通常根據(jù)磁鏈所在空間平面上的區(qū)域及其旋轉(zhuǎn)方向制定一個開關(guān)表，控制系統(tǒng)會根據(jù)電機的實際運行狀態(tài)選擇不同的開關(guān)組合狀態(tài)，即開通或關(guān)斷各開關(guān)器件。所選取的電壓矢量以在一個周期內(nèi)使電機的轉(zhuǎn)矩變化率最大為原則。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)系統(tǒng)的原理圖如圖 2.6 所示，在圖中可以看到，該系統(tǒng)通過電流電壓傳感器實現(xiàn)對電流電壓信號的檢測，將結(jié)果經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換器后變?yōu)閿?shù)字信號送給計算機，電機磁鏈的估計、所在扇區(qū)的判斷以及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速由計算機計算完成，電機轉(zhuǎn)矩信號由pi 調(diào)節(jié)器根據(jù)速度實際值與給定值的偏差給出，轉(zhuǎn)矩控制狀態(tài)t由轉(zhuǎn)矩的實際值與給定值的比較而產(chǎn)生，磁鏈的控制狀態(tài)由磁鏈的實際值與給定值的比

54、較而得出， 為磁鏈的空間角，t、 三個量共同確定開關(guān)器件的開或關(guān)，從而完成直接轉(zhuǎn)矩控制。圖 2.6 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)原理圖2.3.3 兩種控制技術(shù)的分析與比較矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制在當前的實際應(yīng)用中，都已取得了顯著的成績，對它們的研究也一直在進行著，隨著社會的進步、生產(chǎn)的發(fā)展，對控制的性能要求也越來越高，因此在研究和應(yīng)用中每種控制技術(shù)都會發(fā)現(xiàn)一些不足，其中很多不足都會隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，各行業(yè)科學(xué)技術(shù)的進步而被一一解決。本文將根據(jù)兩種控制技術(shù)的原理及其特點并結(jié)合永磁同步電機伺服系統(tǒng)的綜合性能要求，對二者進行簡要的比較分析。通過前面兩種控制技術(shù)原理的介紹可知，永磁同步電機準確的數(shù)學(xué)模型是

55、對其采用矢量控制的基礎(chǔ)，而后通過控制定子電流達到控制輸出轉(zhuǎn)矩的目的。根據(jù)對轉(zhuǎn)子位置信息的檢測從而實時控制定子中的電流，通過電流環(huán)的閉環(huán)控制，使實際電流對給定值的跟隨特性良好，保證定子中電流產(chǎn)生的電樞磁場方向與q軸方向平行的同時，也保證電機輸出轉(zhuǎn)矩與系統(tǒng)實際需要相等，由此可以獲得平穩(wěn)的電磁力矩輸出，這樣電調(diào)速范圍得到拓寬的同時，也對其低速運行特性進行了極大的改善。電機所輸出的力矩均來自電流，矢量控制中當電機處于啟動和制動狀態(tài)時，產(chǎn)生力矩的電流為定子中所通過的全部電流，這樣一來電機的過載能力得到了極大的利用，不僅縮短了系統(tǒng)在啟動、制動時的響應(yīng)時間，也改善了響應(yīng)過程中的動態(tài)特性。逆變器在轉(zhuǎn)子磁場定向

56、矢量控制時，不用給電機額外提供無功勵磁電流5152，這樣使電磁力矩與電流比達到最大值。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，它主要是使電機的實際輸出力矩與給定的力矩相等，另磁鏈按照事先設(shè)定好的運行軌跡運行。此外，電機的低速運行性能及調(diào)速范圍也不理想，主要受到來自三方面因素的影響：一方面，電機轉(zhuǎn)矩在電磁轉(zhuǎn)矩、磁鏈滯環(huán)控制的時候，會有脈動產(chǎn)生；其次，定子磁鏈是通過計算電機反電勢的積分而得到的，其準確性在電機低速運行時很差；另外，逆變器中開關(guān)器件的死區(qū)時間、電壓傳感器的檢測誤差以及電機本身有一定的阻值等因素50。此外，該控制技術(shù)存在電機啟動困難的問題，因為不知道電機運轉(zhuǎn)前定子磁鏈的位置，通常的做法是先將轉(zhuǎn)子預(yù)先拉到指定位置后再進行啟動53。永磁同步電機控制中，若采用直接轉(zhuǎn)矩控制，則會有比較長的控制周期，雖然電機呈感性，但其感值很小，所以在啟動瞬間或者負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，定子中會有較大的電流沖擊，從而導(dǎo)致磁鏈和轉(zhuǎn)矩都產(chǎn)生很大的脈動。因此，永磁同步電機要采用直接轉(zhuǎn)矩控制又想或得良好的動態(tài)和靜態(tài)特性，就必須使控制周期足夠短才可以滿足50。一直在研究及應(yīng)用中不斷的發(fā)在通用的伺服傳