交流伺服電機矢量控制技術(shù)

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯交流伺服電機矢量控制技術(shù) 關(guān)于溝通電機的矢量掌握技術(shù)，有許多論文與各種文章介紹。但多用難解的公式與坐標(biāo)來記述，假如沒有扎實的數(shù)學(xué)和掌握等理論基礎(chǔ)的話，信任大家有同感比較難理解。日篤君盡量用簡潔易懂的圖解與計算來聊聊電機的構(gòu)造，靜止坐標(biāo)與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變化，矢量掌握，伺服掌握等電機驅(qū)動技術(shù)。 在聊掌握之前，為了更好理解掌握，我們先來看看電機的構(gòu)造。實時應(yīng)用的電機構(gòu)造很簡單，但可以簡潔的理解成：電機由裝在里面的轉(zhuǎn)子與裝在外面的定子構(gòu)成(也有相反的電機)，轉(zhuǎn)子里面一般放入永久磁石，定子里面一般纏繞銅線。然后在中間插入中軸來帶動驅(qū)動物體。 電機技術(shù)經(jīng)過百年的進展，形成了

2、如上的各種分類。電機上使用的磁石屬于稀有金屬，產(chǎn)量主要分布在中國，近年由于稀土材料的價格高騰，工業(yè)界正在樂觀討論如何削減稀土的使用量，保持性能的同時降低產(chǎn)品成本，是企業(yè)也更是工程師永久的課題。如今實際應(yīng)用中，同步電機得到廣泛的采納。 同步電機又以磁石所裝入的部位，主要分類為SPM(表面磁石)和IPM(內(nèi)部磁石)： SPM電機由于掌握簡潔，早起被工業(yè)界所采納，但是這種電機由于磁石裝在轉(zhuǎn)子的表面，所以可以利用的動力主要來源于自身的表面磁石。 IPM電機由于可以利用磁石與磁石四周勵磁的動力，產(chǎn)生高密度的能量，而且可以通過構(gòu)造的工夫削減稀土的使用量，所以今年得到更廣泛的應(yīng)用。 SPM電機： 轉(zhuǎn)子(磁石

3、未插入狀態(tài)) 定子(線圈纏繞狀態(tài)) 我們可以看到，定子鐵芯上有斜入的空心，在這里纏繞線圈。斜著是應(yīng)為可以使磁場平均化(詳細(xì)請參照相關(guān)論文或?qū)＠?。 轉(zhuǎn)子與定子的合體 IPM電機： 轉(zhuǎn)子(磁石未插入狀態(tài)) 我們可以看到裝磁石的地方分為對稱的兩條，這是應(yīng)為想使得勵磁的地方得到有效的利用，這個空心對稱的角度會影響勵磁動力，詳細(xì)有愛好的話可以參照各種專利(關(guān)于角度問題有許多專利申請)。 定子(線圈纏繞狀態(tài)) 轉(zhuǎn)子與定子的合體 下面進入正題，聊聊溝通電機的掌握問題。 一般的電機驅(qū)動變頻器如上所示。我們可以看到IGBT的輸出與電機的輸入都是三相(電壓，電流的UVW)，而電機里面的磁石只有S和N的兩極。同時

4、，三相的UVW屬于靜止坐標(biāo)，而電機在運行時屬于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，那么我們要掌握電機就需要根據(jù)我們的目的把三相的靜止坐標(biāo)與二相的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)進行互換。 我們先來俯瞰一下矢量掌握的結(jié)構(gòu)圖： 從AC Motor的電流采樣得到三相溝通數(shù)值，通過Clark變換成二相坐標(biāo)()，再利用Park變換把靜止的坐標(biāo)換成旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)，形成反饋值，與dq的指令值進行演算。 通過PI掌握器的演算結(jié)果，我們可以得到dq兩相的電壓指令值，把旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的dq指令值通過逆Park變換，得到靜止坐標(biāo)的，再通過逆Clark變換得到三相的電壓驅(qū)動指令，掌握SVPWM的輸出。 另外，d軸對應(yīng)勵磁所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，q軸對應(yīng)永久磁石所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。在SPM

5、電機的掌握時我們可以讓d軸的指令值為0。但在IPM電機掌握時，d軸和q軸都要利用，所以在速度環(huán)需要有兩個指令的輸出。 下面以正向Clark變換和Park變換，來計算如何進行坐標(biāo)變換的： Clark變換 我們設(shè)定U和軸全都，并假設(shè)k為三相與二相的矢量振幅比系數(shù)。通過上面圖示我們可以得到： = k U - 1/2V - 1/2W = k sqrt(3)/2V - sqrt(3)/2W 由于三相平衡，我們可以有： U + V + W = 0 = U 帶入上式可以得到: k = 2/3 所以 = 1/sqrt(3)*(V-W) = 1/sqrt(3)*(U+2V) Park變換 我們假設(shè)軸與dq軸之間有著的角度，把分解到dq軸上，再利用三角公式可以得到： d = cos + sin q = -sin + cos 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)與靜止坐標(biāo)的逆變換同上述一樣，這里就省略了。 上面我們聊了坐標(biāo)變換與矢量掌握結(jié)構(gòu)，矢量掌握的目的是掌握伺服的同時，使電流與電壓的位相全都進而提高電力效率和電機轉(zhuǎn)矩的效率。下面我們再來了解下包括矢量掌握在內(nèi)的伺服掌握結(jié)構(gòu)。 上述結(jié)構(gòu)可以簡化為以下：位置掌握環(huán)，速度掌握環(huán)，矢量(電流)掌握環(huán)。 淺析了溝通電機的矢量掌握，實際利用變頻