XX

大

學(xué)

控制電機報告

課

程

控制電機

題

目

交流伺服電機的探究

院

系

電氣信息工程學(xué)院電氣系

專業(yè)班級

電氣

學(xué)生姓名

學(xué)生學(xué)號

指導(dǎo)教師

2015年

X月

X日

目　錄

一、引言

二、交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)特點

三、伺服電動機的工作原理

21、交流伺服電機

22、永磁交流伺服電機的控制過程

43、永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較

四、交流伺服電機的應(yīng)用

61、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)

62、交流伺服控制策略

73、電機模型

五、結(jié)束語

六、參考文獻(xiàn)

一、引言

用作自動控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機。又稱執(zhí)行電動機。其功能是將電信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。伺服：一詞源于希臘語“奴隸”的意思。人們想把“伺服機構(gòu)”當(dāng)個得心應(yīng)手的馴服工具，服從控制信號的要求而動作。在訊號來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動；訊號來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動；當(dāng)訊號消失，轉(zhuǎn)子能即時自行停轉(zhuǎn)。由于它的“伺服”性能，因此而得名。

交流伺服電動機結(jié)構(gòu)簡單,無炭刷,效率高,響應(yīng)快,速比大,不需要經(jīng)常維護(hù),非常引人注目,在許多領(lǐng)域有取代直流伺服電動機之勢。

交流伺服電動機控制系統(tǒng)包括;

控制交流伺服電動機轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩的逆變器,控制逆變器與變換器之間接點處直流電壓的變換器和一個控制器。

當(dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時,該直流電壓被控制為恒定電壓:

而當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時,該直流電壓被控制成與轉(zhuǎn)速成比例的一個增加電壓,以便使伺服電動機的輸出轉(zhuǎn)矩保持一個恒定轉(zhuǎn)矩。

永磁交流伺服電動機的定子三相繞組由SPWM正弦脈寬調(diào)制電源供電，故又稱正弦波驅(qū)動無刷電動機。其特點是:

伺服性能好，可采用數(shù)字控制，運行平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩波動小、過載能力強;

無普通直流伺服電動機電刷換向器磨損問題，維護(hù)簡單、壽命長、工作可靠;

能適應(yīng)高速大力矩驅(qū)動要求;

繞組安裝在定子上，散熱好;

軸上位置傳感器多用光電編碼器、無接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器等。

二、交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)特點

作為交流伺服電動機使用的有異步型和同步型兩種,異步型交流伺服電動機定子放置線圈,轉(zhuǎn)子為鼠籠型,大量用作機床和通用工業(yè)機器的驅(qū)動元件;

同步型交流伺服電動機定子放置線圈,轉(zhuǎn)子為永久磁鋼,根據(jù)磁極位置從電機外部進(jìn)行換向,也可稱為無刷直流電動機。永久磁鋼的交流伺服電動機按其勵磁方式和供電方式的不同又可分為兩類:一類電機的永久磁鐵勵磁磁場為正弦波,定子繞組感應(yīng)出來的反電動勢為正弦波,逆變器提供正弦波電流;

另一類電機的永久磁鐵勵磁磁場為方波,定子繞組感應(yīng)出來的反電動勢為梯形波,逆變器提供方波電流。

三、伺服電動機的工作原理

1、交流伺服電機

（1）交流伺服電機的工作原理交流伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U

/

V

/

W

三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

交流伺服電機的工作原理和單相感應(yīng)電動機無本質(zhì)上的差異。但是，交流伺服電機必須具備一個性能，就是能克服交流伺服電機的所謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，即無控制信號時，它不應(yīng)轉(zhuǎn)動，特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動時，如果控制信號消失，它應(yīng)能立即停止轉(zhuǎn)動。而普通的感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)動起來以后，如控制信號消失，往往仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動。

當(dāng)電機原來處于靜止?fàn)顟B(tài)時，如控制繞組不加控制電壓，此時只有勵磁繞組通電產(chǎn)生脈動磁場。可以把脈動磁場看成兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場以同樣的大小和轉(zhuǎn)速，向相反方向旋轉(zhuǎn)，所建立的正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應(yīng)出大小相同，相位相反的電動勢和電流（或渦流），這些電流分別與各自的磁場作用產(chǎn)生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩為零，伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來。一旦控制系統(tǒng)有偏差信號，控制繞組就要接受與之相對應(yīng)的控制電壓。在一般情況下，電機內(nèi)部產(chǎn)生的磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。一個橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場可以看成是由兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場合成起來的。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場幅值不等（與原橢圓旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相同的正轉(zhuǎn)磁場大，與原轉(zhuǎn)向相反的反轉(zhuǎn)磁場小），但以相同的速度，向相反的方向旋轉(zhuǎn)。它們切割轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的電勢和電流以及產(chǎn)生的電磁力矩也方向相反、大小不等（正轉(zhuǎn)者大，反轉(zhuǎn)者小）合成力矩不為零，所以伺服電機就朝著正轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來，隨著信號的增強，磁場接近圓形，此時正轉(zhuǎn)磁場及其力矩增大，反轉(zhuǎn)磁場及其力矩減小，合成力矩變大，如負(fù)載力矩不變，轉(zhuǎn)子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位，即移相1

0

°，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相反，因而產(chǎn)生的合成力矩方向也相反，伺服電機將反轉(zhuǎn)。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流，伺服電機產(chǎn)生的磁場將是脈動磁場，轉(zhuǎn)子很快地停下來。

為使交流伺服電機具有控制信號消失，立即停止轉(zhuǎn)動的功能，把它的轉(zhuǎn)子電阻做得特別大，使它的臨界轉(zhuǎn)差率S

k

大于1

。在電機運行過程中，如果控制信號降為“零”，勵磁電流仍然存在，氣隙中產(chǎn)生一個脈動磁場，此脈動磁場可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成。一旦控制信號消失，氣隙磁場轉(zhuǎn)化為脈動磁場，它可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成，電機即按合成特性曲線運行。由于轉(zhuǎn)子的慣性，運行點由A

點移到B

點，此時電動機產(chǎn)生了一個與轉(zhuǎn)子原來轉(zhuǎn)動方向相反的制動力矩。負(fù)載力矩和制動力矩的作用下使轉(zhuǎn)子迅速停止。

必須指出，普通的兩相和三相異步電動機正常情況下都是在對稱狀態(tài)下工作，不對稱運行屬于故障狀態(tài)。而交流伺服電機則可以靠不同程度的不對稱運行來達(dá)到控制目的。這是交流伺服電機在運行上與普通異步電動機的根本區(qū)別。

（2）交流伺服電機使用時應(yīng)注意

伺服電機驅(qū)動器接收電機編碼器的反饋信號，并和指令脈沖進(jìn)行比較，從而構(gòu)成了一個位置的半閉環(huán)控制。所以伺服電機不會出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，每一個指令脈沖都可以得到可靠響應(yīng)。

調(diào)節(jié)伺服電機有幾種方式，使用T

w

i

nLine

軟件對電機的PID

參數(shù)、電機參數(shù)、電子齒輪比等進(jìn)行調(diào)節(jié)。

對伺服電機進(jìn)行機械安裝時，應(yīng)特別注意，由于每臺伺服電機后端部都安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，它是一個十分易碎的精密光學(xué)器件，過大的沖擊力肯定會使其損壞。

（3）交流伺服電機的控制

為了使控制系統(tǒng)改變不大，應(yīng)選用數(shù)字式伺服系統(tǒng)，可采用原來的脈沖控制方式；由于伺服電機都有一定過載能力，所以在選擇伺服電機時，經(jīng)驗上可以按照所使用的步進(jìn)電機輸出扭矩的1

/

來參考確定伺服電機的額定扭矩；伺服電機的額定轉(zhuǎn)速比步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速要高的多，為了充分發(fā)揮伺服電機的性能，最好增加減速裝置，讓伺服電機工作在接近額定轉(zhuǎn)速下，這樣也可以選擇功率更小的電機，以降低成本。

用脈沖方式控制伺服電機，一是可靠性高，不易發(fā)生飛車事故。用模擬電壓方式控制伺服電機時，如果出現(xiàn)接線接錯或使用中元件損壞等問題時，有可能使控制電壓升至正的最大值。這種情況是很危險的。如果用脈沖作為控制信號就不會出現(xiàn)這種問題。二是信號抗干擾性能好。數(shù)字電路抗干擾性能是模擬電路難以比擬的。

當(dāng)然目前由于伺服驅(qū)動器和運動控制器的限制，用脈沖方式控制伺服電機也有一些性能方面的弱點。一是伺服驅(qū)動器的脈沖工作方式脫離不了位置工作方式，二是運動控制器和驅(qū)動器如何用足夠高的脈沖信號傳遞信息。這兩個根本的弱點使脈沖控制伺服電機有很大限制。一是控制的靈活性大大下降；二是控制的快速性速度不高。

伺服驅(qū)動器工作在位置方式下，位置環(huán)在伺服驅(qū)動器內(nèi)部。這樣系統(tǒng)的P

I

D

參數(shù)修改起來很不方便。當(dāng)用戶要求比較高的控制性能時實現(xiàn)起來會很困難。從控制的角度來看，這只是一種很低級的控制策略。如果控制程序不利用編碼器反饋信號，事實上成了一種開環(huán)控制。如果利用反饋控制，整個系統(tǒng)存在兩個位置環(huán)，控制器很難設(shè)計。在實際中，常常不用反饋控制，但不定時的讀取反饋進(jìn)行參考。這樣的一個開環(huán)系統(tǒng)，如果運動控制器和伺服驅(qū)動器之間的信號通道上產(chǎn)生干擾，系統(tǒng)是不能克服的。

2、永磁交流伺服電機的控制過程

永磁交流伺服電動機可利用坐標(biāo)變換進(jìn)行矢量控制，這就使得永磁交流伺服電動機的控制變得同直流伺服電動機一樣方便。其控制過程如下:

(1)

給定控制，將給定信號分解成兩個互相垂直的直流信號、;

(2)

直/交變換，將、變換成兩相信號、;

(3)

/3

變換，得到三相交流控制信號、、去控制逆變器;

(4)

電流反饋反映負(fù)載情況，使直流信號中的轉(zhuǎn)矩分量iT能隨負(fù)載而變，從而模擬直流電動機工作情況;

(5)

速度反饋反映給定與實際轉(zhuǎn)速差，并進(jìn)行矯正;

(6)

閉環(huán)控制信號由軸上所帶編碼器反饋，整個過程由數(shù)字信號處理器(DSP)

進(jìn)行全數(shù)字化處理。

永磁交流伺服電動機的另一種控制模式是直接轉(zhuǎn)矩控制。具體方法是:

在定子坐標(biāo)系下分析電動機數(shù)學(xué)模型，在近似圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件下，對電動機轉(zhuǎn)矩直接進(jìn)行控制，不用坐標(biāo)變換。

3、永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較

0

世紀(jì)8

0

年代以來，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動機和伺服驅(qū)動器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。9

0

年代以后，世界各國已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動機伺服驅(qū)動。交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。

交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜。

永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有：

（1）無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。

（2）定子繞組散熱比較方便。

（3）慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。

（4）適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。

（5）同功率下有較小的體積和重量。

到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動機，控制驅(qū)動器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本松下及安川等公司。交流伺服電機傳動技術(shù)卻能以較低的成本獲取極高的位置控制精度，世界上許多知名電機制造商如松下，三洋，西門子等公司紛紛推出自己的交流伺服電機和伺服驅(qū)動器。日本松下公司的ＭＩＮＡＳＡ系列為比較典型的一種。

四、交流伺服電機的應(yīng)用

1、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)

交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展與伺服電動機的不同發(fā)展階段密切相關(guān)，從直流電機的發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有一百多年的歷史。直流電機雖然最早發(fā)明，但是由于當(dāng)時鐵磁材料以及晶閘管技術(shù)的限制，發(fā)展很是緩慢，一直到

1960

年以后隨著可控硅的發(fā)明以及各種電機材料的改良，直流電動機才得到迅速發(fā)展，并在七十年代成為各種伺服系統(tǒng)中最重要的驅(qū)動設(shè)備。在直流電機快速發(fā)展以前的一段時期內(nèi)步進(jìn)電機應(yīng)用最為廣泛，受當(dāng)時蘇聯(lián)以及日本等方面因素的影響，磁阻式步進(jìn)電機快速發(fā)展并應(yīng)用到數(shù)控機床設(shè)備中，在此時期由于生產(chǎn)要求低、技術(shù)落后，伺服控制系統(tǒng)多為開環(huán)控制。從

世紀(jì)

年代到現(xiàn)在，由于直流伺服電機同功率情況下自身體積較大及換向電刷問題的存在，在很多場合不能滿足環(huán)境要求。隨著電動機生產(chǎn)技術(shù)及其永磁體制造材料、現(xiàn)代控制理論、電機控制原理的突飛猛進(jìn)，出現(xiàn)了方波、正弦波驅(qū)動的各種新型永磁同步電動機，逐漸開始替代直流伺服電動機市場。根據(jù)對控制系統(tǒng)高性能的要求，現(xiàn)如今的大部分交流伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式。

現(xiàn)代交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)，已經(jīng)逐漸向數(shù)字時代轉(zhuǎn)變，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)無孔不入，如信號處理技術(shù)中的數(shù)字濾波、數(shù)字控制器、各種先進(jìn)智能控制技術(shù)的應(yīng)用等，把功能更加強大的控制器芯片以及各種智能處理模塊應(yīng)用到工業(yè)機器人交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)當(dāng)中，可以實現(xiàn)更好的控制性能。分析多年來交流伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展特色，總結(jié)市場上客戶對其性能的要求，可以概括出交流伺服控制系統(tǒng)有以下幾種熱門發(fā)展方向：

（1）數(shù)字化

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，處理速度更迅速、功能更強大的微控制器不斷涌現(xiàn)，控制器芯片價格越來越低，硬件電路設(shè)計也更加簡單，系統(tǒng)硬件設(shè)計成本快速下降，且數(shù)字電路抗干擾能力強，參數(shù)變化對系統(tǒng)影響小，穩(wěn)定性好；采用微處理器的數(shù)字控制系統(tǒng)，更容易與上位機通訊，在不變更硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下，可隨時改變控制器功能。在相同的硬件控制系統(tǒng)中，可以有多種形式的控制功能，不同的系統(tǒng)功能可以通過設(shè)計不同的軟件程序來實現(xiàn)，且可以根據(jù)控制技術(shù)的發(fā)展把最新的控制算法通過軟件編程實時的更新控制系統(tǒng)。

（2）智能化

為了適應(yīng)更為惡劣的控制環(huán)境和復(fù)雜的控制任務(wù)，各種先進(jìn)的智能控制算法已經(jīng)開始應(yīng)用在交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)中。其特點是根據(jù)環(huán)境、負(fù)載特性的變化自主的改變參數(shù)，減少操作人員的工作量。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)比較成熟的專用智能控制芯片，其控制動靜態(tài)特性優(yōu)越，在交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)中被廣大技術(shù)人員所采用。

（3）通用化

當(dāng)前，伺服控制系統(tǒng)一般都配置有多種控制功能參數(shù)，這有利于操作人員在不改變系統(tǒng)硬件電路設(shè)計的前提下方便地設(shè)置成恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等多種工作模式，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，另外可以控制異步、同步等不同類型的電動機，適應(yīng)于各種閉環(huán)或開環(huán)控制系統(tǒng)，交流伺服控制系統(tǒng)的通用化將會在以后的伺服驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展的道路中越走越遠(yuǎn)。

2、交流伺服控制策略

最近幾十年來，借助于電機控制理論及智能控制理論的不斷完善，交流伺服控制理論也隨之蓬勃發(fā)展起來；由于微電子技術(shù)的進(jìn)步，各種方便用戶開發(fā)的微控制器與數(shù)字信號處理器件大量涌現(xiàn)市場，為各種先進(jìn)的智能控制算法在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了可能。現(xiàn)如今，各種新型的伺服控制策略大量涌現(xiàn)，大有與傳統(tǒng)控制策略一較高低的趨勢，下面對幾種常用的伺服控制策略進(jìn)行分析比較：

（1）恒壓頻比控制

在工廠控制領(lǐng)域中使用最為廣泛的仍然是恒壓頻比控制方式，此方法是通過控制輸出電壓與頻率的比是常數(shù)，確保電動機的磁通量為定值，從而控制電動機的速度。這種控制方法在低速運行時轉(zhuǎn)矩能力較弱，必須對定子電壓壓降進(jìn)行補償處理，另外因為此控制方法不能直接控制電磁轉(zhuǎn)矩，因此性能較低。但由于恒壓頻比控制具有實現(xiàn)簡單、運行穩(wěn)定、調(diào)速方便等優(yōu)點，因此在一些對動態(tài)性能要求比較低的場合應(yīng)用比較廣泛。

（2）矢量控制

上個世紀(jì)，矢量控制技術(shù)的提出，為交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的快速進(jìn)步提供了理論支持。矢量控制技術(shù)的主要原理為：以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場作為參考系，將電動機定子矢量電流經(jīng)過兩次坐標(biāo)變換分解為直軸電流和交軸電流分量，且使兩電流分量相互正交，同時對交直軸電流分量的幅值和相位進(jìn)行控制，可以獲得像直流電機一樣優(yōu)越、甚至比直流電動機更好的動態(tài)控制性能，另外，矢量控制經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展已經(jīng)十分成熟，在伺服驅(qū)動系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛；矢量控制技術(shù)的優(yōu)點主要是原理簡單，動態(tài)控制性能良好，缺點是在控制實現(xiàn)過程中要進(jìn)行各種坐標(biāo)變換，計算量比較大，另外此種控制方法會實時受到電動機定子電阻、電感以及轉(zhuǎn)動慣量變化的影響，基本上不可能實現(xiàn)完全解耦，從而影響系統(tǒng)的動態(tài)性能，使控制效果變差。解決方法是加入各種先進(jìn)的控制算法，對控制器進(jìn)行智能化改進(jìn)，從而提高伺服驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)性能與魯棒性。

（3）直接轉(zhuǎn)矩控制

二十世紀(jì)八十年代中期，德國專家提出“直接自控制”的高性能交流電動機控制策略，此種控制策略不需要像矢量控制那樣對電動機定子矢量電流進(jìn)行大量而復(fù)雜的解耦變換，再通過控制解耦獲得的交軸電流分量來間接的控制電動機電磁轉(zhuǎn)矩，它采用定子磁場定向的控制方式，對交流電機的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制。此方式只受到電動機定子繞組阻值的影響，對電動機除定子繞組阻值之外的其他參數(shù)的變動穩(wěn)定性好，解決了矢量控制受電動機本體參數(shù)影響大的缺點。1995

年，ABB

公司首先把直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應(yīng)用到了變頻器當(dāng)中，并作為一種高端產(chǎn)品出現(xiàn)在市場中，對矢量變頻器提出了挑戰(zhàn)。20

世紀(jì)末，開始有部分專家學(xué)者通過深入研究把直接轉(zhuǎn)矩控制理論引入到交流同步電動機當(dāng)中，完成了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在交流同步電動機伺服驅(qū)動領(lǐng)域的重大突破。直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)點是轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快，缺點是在轉(zhuǎn)速較低時轉(zhuǎn)矩脈動較大。

（4）智能控制

智能控制理論是最近幾十年來的一種新興學(xué)科，它的迅速發(fā)展為交流永磁伺服控制技術(shù)的進(jìn)步注入了新鮮血液。智能控制技術(shù)由于其自身的理論特點，在非線性控制領(lǐng)域中比經(jīng)典控制理論更具有優(yōu)勢，在很多場合將會實現(xiàn)比經(jīng)典控制理論更好的控制特性。

3、電機模型

如圖

2-2

所示，給出了

PMSM的簡單模型。其中，A、B、C分別為

PMSM三相定子繞組，它們把整個空間均分為三份。在此，根據(jù)永磁同步電動機的簡單模型以及其坐標(biāo)變換關(guān)系圖，獲得電的機的理想數(shù)學(xué)模型，不過要想獲得精確理想的電機數(shù)學(xué)模型是很難實現(xiàn)的，因此在建立數(shù)學(xué)模型之前，我們首先要對電動機數(shù)學(xué)模型影響很小的量進(jìn)行相應(yīng)的忽略及假設(shè)：

（1）忽略磁路鐵芯的磁飽和現(xiàn)象；

（2）忽略鐵芯磁滯與渦流損耗；

（3）忽略轉(zhuǎn)子上的阻尼繞組；

（4）不計溫度影響；

（5）假設(shè)氣隙磁場呈理想正弦分布。

圖1

PMSM

結(jié)構(gòu)簡化模型

當(dāng)

PMSM

三相定子繞組中通入三相交流電時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律和基爾霍夫定律可得

PMSM的定子電壓、定子磁鏈和轉(zhuǎn)子耦合磁鏈的方程分別如式所示：

式中、、——定子繞組相電壓；、、——定子繞組相電流；、、——定子繞組總磁鏈；、、——各繞組耦合磁鏈；

——定子繞組電阻；

——定子繞組電感；

——轉(zhuǎn)子磁鏈幅值。

電磁轉(zhuǎn)矩是電動機對外輸出能量的重要依據(jù)，交流伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)是否能快速穩(wěn)定的輸出給定的電磁轉(zhuǎn)矩是評價電動機動態(tài)響應(yīng)性能的重要指標(biāo)，PMSM的電磁轉(zhuǎn)矩方程表述如式所示：

將磁鏈方程代入上式中可得方程如下式所示：

在隱極式永磁同步電動機中，=，代入上式中可以得到方程如下式所示：

由上式可以看出，通過對定子電流的控制，就可以控制

PMSM的轉(zhuǎn)矩。作用到電機軸上的電磁轉(zhuǎn)矩與電動機轉(zhuǎn)速、負(fù)載轉(zhuǎn)矩以及電動機轉(zhuǎn)動慣量之間的變化關(guān)系可以用下面的電機運動方程式來表示：

五、結(jié)束語

（1）交流伺服電動機作為數(shù)控機床的新型執(zhí)行元件在國外已取得了很大的進(jìn)展,在我國提供性能好和可靠性高的交流伺服電動機,滿足數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的需要,是當(dāng)前的一個關(guān)鍵問題。

（2）從國外交流伺服電動機的發(fā)展趨勢來看,應(yīng)優(yōu)先發(fā)展成本較低的同步型轉(zhuǎn)速可控的直流無刷電動機。

（3）交流伺服電動機的性能在很大程度上取決于電子控制技術(shù)的水平。應(yīng)力求采用數(shù)字控制和計算機控制,以克服交流伺服電動機的不足之處。

（4）隨著交流伺服系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大,交流伺服電動機將會有很大的發(fā)展。在我國,交流伺服電動機潛力的發(fā)掘和發(fā)展,尚需我們做大量的工作。

六、參考文獻(xiàn)

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