控制电机..docx

Pmsm定速驱动的应用摘 要： 永磁交流伺服系统以其卓越的性能越来越广泛地应用到机器人、数控等领域，本文对其驱动器的功能实现做了简单的描述，其中包括整流部分的整流过程、逆变部分的脉宽调制（PWM）技术的实现、控制单元相应的算法等三个部分。关键词： DSP 整流 逆变 PWM 矢量控制1 引言?永磁同步电动机及控制策略综述　近年来随着新材料技术的发展，特别是稀土永磁材料，磁性复合材料的出现，加之我国拥有世界上最大的高能量密度永磁材料(钕—铁—硼)的储量，使得永磁电机活跃在各个工业生产中。永磁同步电机（PMSM）是近几年发展起来的一种新型的电机，具有转子转动惯量小、效率高、功率密度大、可靠性高的优点，因此十分适合应用于高性能伺服系统中，例如在数控机床等场合，永磁同步电动机正在逐步取代直流电机和感应电机。同时由于永磁同步电机无需激磁绕组，明显地减小了体积，减轻了重量，降低了损耗，避免了电机发热，从而提高了效率和功率因数，具有明显的节能效果。　尤其在现代的PMSM 运动控制系统中，它比异步电动机更便于实现磁场定向控制，可以获得与直流电动机一样优良的转矩控制特性，使控制系统具有十分优良的动、静态特性。 随着现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、永磁材料技术、交流可调速技术及控制技术等支撑技术的快速发展，使得永磁交流伺服技术有着长足的发展。永磁交流伺服系统的性能日渐提高，价格趋于合理，使得永磁交流伺服系统取代直流伺服系统尤其是在高精度、高性能要求的伺服驱动领域成了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势。永磁交流伺服系统具有以下等优点：（1）电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；（2）定子绕组散热快；(3)惯量小，易提高系统的快速性；（4）适应于高速大力矩工作状态；（5）相同功率下，体积和重量较小，广泛的应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、纺织机械等场合，满足了传动领域的发展需求。永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模式混合式的发展后，目前已经进入了全数字的时代。全数字伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等确定，还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活，使伺服驱动器不仅结构简单，而且性能更加的可靠。现在，高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。伺服驱动器有两部分组成：驱动器硬件和控制算法。控制算法是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一，是国外交流伺服技术封锁的主要部分，也是在技术垄断的核心。原理：1 永磁同步电机的种类和基本结构　就转子结构看，永磁同步电机分凸装式、嵌入式和内埋式三种基本形式，如图1 所示，前两种又统称为外装式结构。凸装式直轴磁阻与交轴磁阻相等，因此交、直轴电感相等，即Ld=Lq，表现为隐极性质；另外两种结构，直轴磁阻大于交轴磁阻，因此LdLq，表现为凸极电机的性质。值得注意的是，通过改变除凸装式以外结构的永磁体磁化方向长度、极弧系数等结构尺寸，可以得到较大的直交轴电感比，从而提高电动机的转矩输出及弱磁扩速能力。??　凸装式结构简单便宜，应用较多。这种结构中电机转子直径变得较小，从而导致电机的小惯量，故适用于伺服系统。然而在PMSM中小电感不总是有利，因为小电感将导致弱磁控制。在弱磁控制期间虽然电压已经达到逆变器所能提供的最大值，但速度依然需要不断上升。弱磁控制是通过增加反相直轴定子电流分量实现的，若电感很小，就只能通过很大的去磁电流和低负载实现弱磁。　嵌入式结构可增大漏磁链，因增大的交轴电感使电枢的反应增大，致使极角增大和转矩降低。　内埋式电机虽然结构复杂、昂贵，但它具有高气隙磁通密度，因此它产生的转矩比凸装式电机产生的转矩大，且气隙磁通易于正弦分布，从而降低齿槽转矩效应。2 永磁同步电动机的特点　与传统异步电机相比，永磁同步电机具有以下特点。　1）高效率、高功率因数、节能用永磁体代替电励磁，不需要无功励磁电流，可以显著提高功率因数。定、转子同步，转子铁心没有铁耗，PMSM 的效率较电励磁同步电机和异步电机要高。而且，PMSM 在25%耀120%额定负载范围内均可以保持较高的功率因数和效率，使电机在轻载运行时的节能效果更为显著，这样，在长期的使用中可以大幅度地节省电能。　2）动态响应快速、转速平稳PMSM 与异步电动机相比，具有较低的惯性，对于一定的电动机转矩具有较快的响应，即转矩/惯性比高。　3）体积小、重量轻随着高性能永磁材料的不断应用，PMSM 的功率密度大大提高，与同容量异步电机相比，其体积和重量有较大的减少。4）应用范围广、可靠性高在医疗器械、化工、轻纺、仪器仪表等领域均获得应用。与直流电动机和电励磁同步电动机相比，永磁同步电动机没有电刷，简化了结构，提高