《汽车电子学教学课件》ln2-执行器2012-0227[精品].pptVIP

* * 机电式执行器 * * 电磁式执行器 直流电动机 电动机转速n,电流 I、效率 和负载转矩M之间的关系，单独分开确定转速和电流是不可能的。 机电式执行器 * * 永磁同步电机的数学模型根据电机统一理论，在建模过程中作如下假定: 电机三相定子绕组A、B、C在空间对称分布，各相电流所产生的磁势及永磁磁势在气息空间是正弦分布的，忽略磁场的高次谐波分量； 磁饱和及铁心损耗（磁滞、涡流）忽略不计； 电机定子绕组的反电势是正弦波，转子与定子绕组之间的互感是转子位置角的正弦函数； 不考虑温度、频率等的变化对电机参数的影响。 永磁同步电机可分别在三种不同的坐标系下（ABC、d-q、α-β）建立其数学模型，并且各种坐标系下的方程可以进行互相转化。 在对永磁同步电机的控制中，由德国工程师Blaschke在1971年提出矢量控制理论是目前最成熟高性能的控制技术。永磁同步电机的矢量控制就是对定子电流矢量相位和幅值的控制。通过坐标变换，将ABC三相交流量变换到d-q旋转坐标系得到转矩电流和励磁电流分量，从而实现静态解耦控制。 为了能够永磁同步电机控制系统的静态和动态特性以及矢量控制的原理。首先从建立的永磁同步电机的数学模型开始入手 机电式执行器-PMSM的控制 * * 电机数学模型 ABC三相静止坐标系的模型 ， * * 电机数学模型 α-β两相静止坐标系的模型 将磁场进行等效处理，并通过坐标变换矩阵，把ABC三相静止坐标系变成α-β两相静止坐标系。 * * 电机数学模型 由于电流、磁动势以及磁链却却在不断旋转中。三者在静止坐标系的投影都不是恒定矢量。为了方便对电机分析与控制，需要将静止坐标系下的时变量变换到两相同步旋转坐标系，从而将各时变转化为静态量。 以转子或者转轴为参考坐标系建立转子同步旋转的动态坐标系，假设坐标系d轴为磁极轴线，而q轴沿逆时针方向超前d轴90°，同时d-q坐标系以转子角速度 旋转。 d-q 两相同步旋转坐标系模型 d-q轴坐标系与α-β坐标系转换关系 * * 电机数学模型 d-q 两相同步旋转坐标系模型 ， d-q轴坐标系与A-B-C坐标系转换关系 * * 永磁同步电机矢量控制 根据d-q轴坐标系电压方程得到d-q坐标系上永磁同步电机的数学模型，可以看出，只需要给出直轴和交轴（励磁分量和转矩分量）两个静止电压便可对电机的输出转矩转速进行控制。 永磁同步电机矢量控制方法，根据其用途不同也各不相同。可采用的控制方法主要有： 控制、 控制、恒磁链控制，最大转矩/电流控制、弱磁控制、最大功率控制等。 则转矩方程为： 式中 、 分别为d-q轴上绕组的等效电感； 、 为d-q轴系下的定子磁链分量； 为转子永磁磁链； 为电机的极对数。 * * 永磁同步电机矢量控制 采用 控制方法的电机，电动机转矩中只有永磁转矩分量，其值为 Id = 0 控制 ， 永磁同步电动机弱磁控制的思想来自对他励直流电机的调速控制。当他励直流电动机端电压达到极限电压时，为使电动机能恒功率运行于更高的转速，应该降低励磁电流。以保证电压的平衡。也就是说，他励直流电动机可通过降低励磁电流而进行扩速。 永磁同步电动机的励磁磁动势是由固定永磁体产生，无法进行调节。但是可通过调节定子电流，即增加定子直轴的去磁电流分量来位置高速运行是电压的平衡，达到弱磁扩速的目的。 弱磁控制 * * 永磁同步电机矢量控制 最大转矩/电流控制是凸极永磁同步电动机用的较多的一种电流控制策略。 电流约束方程： 凸极永磁同步电动机的转矩方程为： 把电流约束方程和转矩方程带入，可求得最大转矩控制的电流分量 最大转矩/电流控制 * * 永磁同步电机矢量控制 位置传感器实时检测转子磁极位置，通过对位置信号的求导，得到电机的实际转速，经过速度环控制器的处理，得到电流环q轴目标电流 ；电流传感器实时检测定子相电流，经过Clarke变换和Park变换后，作为电流环的负反馈，经过电流环调节器的处理，得到d、q轴电压的目标值 Ud、Uq ；最后通过SVPWM技术的调制，将直流母线电压转换为理想的三相交流电压 UA、UB 、UC ，施加在定子绕组上，通过对d、q轴电流的精确控制，实现对PMSM转矩的精确控制。 空间矢量调制实现 * * 其他类型执行器 力矩电机 电磁步进电动机 压电式传感器 电流变液式执行器 机电式执行器 * 机电元件图形标识 三极管 MOSFET 二极管 稳压二极管 直流电源 交流电源 等电势 接地 直流电动机 交流电动机 继电器 弹簧 轴 杆 旋转连