永磁同步伺服电机（PMSM）驱动器原理

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
    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。
2 交流永磁伺服系统的基本结构
    交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服
电动机及相应的反馈检测器件组成，其结构组成如图 1 所示。其中伺服控制单元包括
位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。我们的交流永磁同步驱动器其集先
进的控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领
域，还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。
    目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，其优点是可
以实现比较复杂的控制算法，事项数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能
功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM 内部集成了驱动电路,同时具有过电压、
过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过
程对驱动器的冲击。