交流永磁同步伺服电机

永磁交流伺服电机原理

近年来由于无刷式伺服（马达）电机(brushless servo motor)制造与控制技术的急速发展，再加上大规模集成电路与半导体功率组件的进步 ，使其商品化产品日益增多，在高性能伺服应用场合如计算机控制数值工具机、工业机器人等，均已逐渐取代了传统式的有电刷的直流伺服电机(dc servo motor)。无刷式伺服 电动机主要可分为两大类(表1) (1)无刷式直流伺服电机(brushless dc servo motor)，一般亦称的为永磁式同步电机(PM synchronous motor) 或永磁式交流伺服 电机(PM ac servo motor)，(2)感应式交流伺服电机(induction ac servo motor)。

无刷式直流伺服电机采用内装式的霍尔效应(Hall-effect)传感器组件来检测转子的绝对位置以决定功率组件的触发时序，其效用有如将直流伺服电机的机械式电刷换相(mechanical commutation)改为电子式换相(electronic commutation)，因而去除了直流伺服 电动机因电刷所带来的限制。目前一般永磁式交流伺服电机的回接组件多采用解角器(resolver) 或光

基于矢量控制的永磁同步交流伺服电机控制系统

电子信息工程系 电子信息科学与技术专业 胡柏和

指导教师 林益平

摘要：本文详细介绍了永磁同步交流电机的矢量控制理论，并根据矢量控制理论运用DSP实现了对永磁同步交流伺服电机的电流、速度和位置的三闭环控制，最后给出实验结果及其分析。

关键词：永磁同步交流伺服电机；矢量控制；SVPWM；TMS320F2812

1引言

近年来,采用全数字控制方法,以永磁交流电机为控制对象的全数字交流伺服系统正在逐渐取代以直流电机为控制对象的直流伺服系统和采用模拟控制技术的模拟式交流伺服系统。全数字交流伺服系统采用矢量控制方法,可实现优良的控制品质。

利用高速的数字信号处理器TMS320F2812可实现对交流电机运行的位置、速度和电机电枢电流的高精度控制。

2矢量控制

2.1 矢量控制理论的提出

1971年，由德国Blaschke等人首先提出了交流电动机的矢量控制（Transvector Contrl）理论，从理论上解决了交流电动机转矩的高性能控制问题。其基本思想是在普通的三相交流电动机上设法模拟

电气082 徐冬 学号：0803731153

浅谈永磁同步电机

永磁式同步电动机，是一种利用永磁体建立励磁磁场的小功率同步电动机。 永磁式同步电动机的定子产生旋转磁场，转子由永磁材料制成。永磁同步电动机能够在石油、煤矿、大型工程机械等比较恶劣的工作环境下运行，这不仅加速了永磁同步电机取代异步电机的速度，同时也为永磁同步电机专用变频器的发展提供了广阔的空间。

一、永磁同步电机原理

当永磁同步电动机的定子通入三相交流电时，三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场，一方面切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势；另一方面以电磁力拖动转子以同步转速旋转。电枢电流还会产生仅与定子绕组相交链的定子绕组漏磁通，并在定子绕组中产生感应漏电动势。此外，转子永磁体产生的磁场也以同步转速切割定子绕组，从而产生空载电动势。

二、永磁同步电机的特点

永磁同步电动机结构简单、体积小、损耗小、效率高，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高、功率因数高、力矩惯量比大、定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可调、控制性能好；但它与异步

交流伺服电机说明书

交流伺服电机 90CB系列

绝缘电阻——500VDC 100MΩ Min 绝缘强度——1500VAC 1Min

环境温度—— -20℃ ～ +50℃

绝缘等级——B级

技术数据

90CB075C-001012 90CB100C-001011 90CB120C-001011技术参数 单位 90CB050C-001011

031312 031351 031379 031369 货物编码

W 500 750 1000 1200 额定输出功率

N·m 1.59 2.39 3.18 3.82 额定转矩

N·m 4.78 7.16 9.55 11.46 瞬间最大转矩

额定转速

rpm 3000 rpm

3600

最高转速 电机转子惯量 转矩系数 额定相电流 瞬间最大相电流 电枢绕组相电阻 电枢绕组相电感 机械时间常数 电气时间常数 重量 编码器 负载惯量 适配驱动器

kg·cm2 1.66 2.36 3.07 3.42

N·m/A 0.53 0.56 0.57 0.65

A 2.52 3.58 4.65 4.91 A 7.55 10.73 13.96 14.73

4.54 3.3 1.91 1.69 Ω

mH 12.1

浙江大学

博士学位论文

永磁交流伺服系统及其控制策略研究

姓名：许振伟

申请学位级别：博士

专业：控制理论与控制工程

指导教师：蒋静坪

20030701

浙江大学博士学位论文

摘要

永磁同步电机（ＰＭＳＭ）伺服系统在工农业牛产和航天技术等领域的应用十分广泛，由于其自身的结构和运行特点，ＰＭＳＭ的具有很多独特的优点，本文主要从控制理沦和实际系统两个方面对永磁同步电机伺服系统进行了全面而深入的研究，并完成了一台数控铣床的研制。

首先对ＰＭＳＭ伺服系统进行了建模，在研究了其物理方程、转矩方程和等效电路的基础上提出了ＰＭＳＭ的数学模型并对仿真技术进行了简单的介绍。

基于内模控制，设计了电流环解耦控制器，改善了电流环性能，而且控制器只有一个可调参数，简化了设计。对于嵌入式ＰＭＳＭ，根据在电流幅值一定的条件下最大输出转矩与口（为等效电流矢量和ｑ轴之间的相位角）之间的关系，将磁阻转矩转换为输出转矩从而提高了输出转矩，改善了系统的控制性能；在速度环采用单步模型算法控制，其计算量比较少，提高了系统的实时性和鲁棒性。

针对传统控制方法对电机数学模型依赖性强的缺点，结合模糊控制实时性好和预测控制鲁棒性强的优点构造了模糊预测控制器，可以解决模糊控制器不具有消除系统稳态误差的问题，大大提高了控

永磁同步电机的仿真模型

1、永磁同步电机介绍

永磁同步电动机(permanent Magnets synchronous Motor, PMSM),转子采用永磁材料,定子为短距分布式绕组,采用三相正弦波交流电驱动,且定子感应电动势波形呈正弦波\定子绕组通过控制功率管(如IGBT)的不同开关组合,产生旋转磁场跟踪永磁转子的位置,自动地维持与转子的磁场有900的空间夹角,以产生最大的电机转矩\旋转磁场的转速则严格地由永磁转子的转速所决定,PMSM具有直流电动机的特性,有稳定的起动转矩,可以自行起动,并可类似直流电动机对电机进行闭环控制,多用于伺服系统和高性能的调速系统。

永磁同步电动机按转子形状可以分为两类:凸极式永磁同步电机和隐极式永磁同步电机。它们的区别在于转子磁极所在的位置,凸极式永磁同步电机转子磁极是突起在轴上的,其直轴和交轴电感参数不相等\而隐极式永磁同步电机的转子磁极是内置在轴内的,直轴和交轴电感参数相等\凸极式转子具有明显的磁极,定子和转子之间的气隙是不均匀的,因此其磁路与转子的位置有关。

2、永磁同步电机的控制方法

目前对永磁同步电机的控制技术主要有磁场定向矢量控制技术（ field orientation control,FO

Ansoft Maxwell 14 永磁同步电机仿真步骤总结

首先是建立一个RMxprt文件，选择电机类型为下图的 Permanent-MagnetSynchronous Motor

只要按照下面的参数输入即可

磁钢材料NTP264H要自己定义

Danper是怎么出来的?要右键”Rotor’ ,选择 Insert Danper，就可以了

一键导入到maxwell14 2D瞬态场 里去分析即可，右键Analysis setup 的creat Maxwell design ，auto setup 要打勾

导入模型如图，是1/4模型（导入整个模型的方法？ 加注fragnet 1）

因为是1/4模型 ，所以要设置一个 Symmetry Multiplier ，右键”model”,就可以看到，设置如

永磁同步电机的仿真模型

1、永磁同步电机介绍

永磁同步电动机(permanent Magnets synchronous Motor, PMSM),转子采用永磁材料,定子为短距分布式绕组,采用三相正弦波交流电驱动,且定子感应电动势波形呈正弦波\定子绕组通过控制功率管(如IGBT)的不同开关组合,产生旋转磁场跟踪永磁转子的位置,自动地维持与转子的磁场有900的空间夹角,以产生最大的电机转矩\旋转磁场的转速则严格地由永磁转子的转速所决定,PMSM具有直流电动机的特性,有稳定的起动转矩,可以自行起动,并可类似直流电动机对电机进行闭环控制,多用于伺服系统和高性能的调速系统。

永磁同步电动机按转子形状可以分为两类:凸极式永磁同步电机和隐极式永磁同步电机。它们的区别在于转子磁极所在的位置,凸极式永磁同步电机转子磁极是突起在轴上的,其直轴和交轴电感参数不相等\而隐极式永磁同步电机的转子磁极是内置在轴内的,直轴和交轴电感参数相等\凸极式转子具有明显的磁极,定子和转子之间的气隙是不均匀的,因此其磁路与转子的位置有关。

2、永磁同步电机的控制方法

目前对永磁同步电机的控制技术主要有磁场定向矢量控制技术（ field orientation control,FO

永磁同步电机25112

精品文档

永磁同步电机

永磁同步电机是交流驱动系统以永磁同步电机为驱动电机的设备，它以永磁体替代电励磁电机的励磁绕组。随着新材料、机电一体化、电力电子、计算机、控制理论等各种相关新技术的快速发展，永磁同步电机控制系统已经开拓了很广泛的应用领域，能够实现高速、高精度、高稳定度、快速响应、高效节能的运动控制。

目录

?永磁同步电机的背景介绍

?永磁同步电机的系统结构

?永磁同步电机的数学模型

?永磁同步电机的控制策略

?永磁同步电机的背景介绍

o永磁同步电机概述永磁同步电机出现于20世纪50年代，它的运行原理与普通电激磁同步电机相同，但以永磁体激磁替代激磁绕

组激磁使得电机结构简单。永磁同步电机省略了普通同步电机所

特有的集电环和电刷，提高了电机运行的可靠性。由永磁体激

磁，无须激磁电流，因而提高了电机的效率和功率因数。

普通同步电机调节励磁电流的大小可以人为地改变励磁磁势的大

小。永磁同步电机以永磁体代替电励磁绕组作为磁势源，它对外

提供的磁通‰和磁势L随着外磁路磁导和电枢反应磁场的变化而

自动变化，无法直接调节永磁铁磁势的大小。永磁体作为磁路的

一部分，由于磁铁的磁导率低，对电枢反应磁场起削弱作用，使

得永磁同步电机的直轴电枢反应电抗比交轴反应电抗小得多。

永磁交流伺服电机的工作原理与更换新编码器后的常规零位校正方法

永磁交流伺服电机的编码器相位为何要与转子磁极相位对齐

其唯一目的就是要达成矢量控制的目标，使d轴励磁分量和q轴出力分量解耦，令永磁交流伺服电机定子绕组产生的电磁场始终正交于转子永磁场，从而获得最佳的出力效果，即“类直流特性”，这种控制方法也被称为磁场定向控制（FOC），达成FOC控制目标的外在表现就是永磁交流伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形保持一致，如下图所示：

图1

因此反推可知，只要想办法令永磁交流伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形保持一致，就可以达成FOC控制目标，使永磁交流伺服电机的初级电磁场与磁极永磁场正交，即波形间互差90度电角度，如下图所示：

图2

如何想办法使永磁交流伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形保持一致呢？由图1可知，只要能够随时检测到正弦型反电势波形的电角度相位，然后就可以相对容易地根据电角度相位生成与反电势波形一致的正弦型相电流波形了。

在此需要明示的是，永磁交流伺服电机的所谓电角度就是a相（U相）相反电势波形的正弦（Sin）相位，因此相位对齐就可以转化为编码器相位与反电势波形相位的对齐关系；另一方面，电角度也是转