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／
年
技
术
创
新
ＤＳ Ｐ
开 发 与 应 用
《
ＰＬＣ
技术应用
２００
例》
您 的 论 文 得 到 两 院 院 士 关 注
基于 ＤＳＰ 交流永磁同步直线电机矢量控制系统
Ｄｅｓ ｉｇ ｎ ｏ ｆ Ｖｅｃｔｏ ｒ Ｃｏ ｎ ｔｒｏ ｌ ｏ ｆ ＡＣ Ｐｅｒｍ ａｎ ｅｎ ｔ Ｍａｇ ｎ ｅｔ Ｓｙｎ ｃｈ ｒｏ ｎ ｏ ｕ ｓ Ｌｉｎ ｅａｒ Ｍｏ ｔｏ ｒ Ｂａｓ ｅｄ ｏ ｎ ｔｈ ｅ ＤＳＰ
（北京机械工业学院）
李 大 杨 庆 东 刘 泉
ＬＩ ＤＡ ＹＡＮＧ ＱＩＮＧＤＯＮＧ ＬＩＵ ＱＵＡＮ
摘要
：
在 比 较 旋 转 电 机 和 直 线 电 机 两 者 区 别 的 基 础 上 ， 分 析 了 交 流 永 磁 同 步 直 线 电 机 结 构 特 性 。并 就 直 线 电 机 的 特 殊 性 给 出
了 交 流 永 磁 同 步 直 线 电 机 调 速 的 矢 量 变 换 控 制 方 法
，
做 出 了 基 于
ＤＳＰ
的 控 制 系 统 的 硬 件 和 软 件 设 计 。
关键词
：
交流永磁同步直线电机 ；
ＤＳＰ
； 矢量变换
中图分类号
：ＴＰ２７６
文献标识码
：Ｂ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｏｔａｒｙ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｍｏｔｏｒ， ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＡＣ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇ－
ｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｌｉｎｅａｒ Ｍｏｔｏｒ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ， ｔｈｅ ｖｅｃｔｏｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｈｅｏｒｙ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ
ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＳＰ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄ：ＡＣ Ｐｅｒ ｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒ ｏｎｏｕｓ Ｌｉｎｅａｒ Ｍｏｔｏｒ
，
ＤＳＰ
，
Ｖｅｃｔｏｒ ｔｒ ａｎｓｆｅｒ
文章编号
：１００８－ ０５７０（２００７）０９－
２
－ ０１９５－ ０２
李 大
：
硕士研究生
基 金 项 目
：
北 京 市 优 秀 人 才 培 养 资 助 项 目
（２００５ＩＤ０５００６０５）（
北
京市委组织部颁发
）
１
引 言
制造业中需要的线形驱动力， 传统的方法是用旋转电机加
滚珠丝杠的方式提供。 实 践 证 明 ， 在许多高精密、高速度场合，
这种驱动已经显露 出 不 足 。 在 这 种 情 况 下 直 线 电 机 应 运 而 生 。
直线电机直接产生直线运动， 没有中间转换环节， 动力是在气隙
磁场中直接产生的， 可获得比传统驱动机构高几倍的定位精度
和快速响应速度。目前， 美国、日本、德国、瑞士等是直线直接驱
动 系 统 研 究 水 平 相 对 较 高 的 国 家 ，
Ｓｉｅｍｅｎｓ
、
Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ
等 公 司
的产品已经商品化 。 国 内 对 直 线 电 机 的 研 究 开 发 非 常 重 视， 很
多科研院所都开展了实验研究， 但没有实现产业化。本文是在
我系研制的交流永磁同步直线电机基础上进行基于矢量变换控
制的驱动系统设计应用。
２
交 流 永 磁 同 步 直 线 电 机 工 作 原 理
图
１
交流永磁同步直线电机
直线电 机 的 工 作 原 理 上 相 当 于 沿 径 向 展 开 后 的 旋 转 电 机 。
交流永磁同步直线 电 机 通 入 三 相 交 流 电 流 后 ， 会在气隙中产生
磁场， 若不考虑端部效应， 磁场在直线方向呈正弦分布。行波磁
场与次级相互作用产生电磁推力， 使初级和次级产生相对运动。
图
１
所示为开发设计的交流永磁同步直线电机。
３
永 磁 同 步 直 线 电 机 矢 量 控 制 原 理
由于矢量控制动态响应快， 相比较标量控制， 在很快的时间
内就能达到稳态运行。经过
３０
多年工业实践的考验、改进与提
高， 目前已经达到成熟阶段， 成为交流伺服电机控制的首选方
法 。因此， 直线电机采用了交流矢量控制驱动的方法。
直线电机初级的三相电压
（Ｕ
、
Ｖ
、
Ｗ
相
）
构成了三相初级坐标
系
（ａ
，
ｂ
，
ｃ
轴 系
）
， 其 中 的 三 相 绕 组 相 角 相 差
１２０°
， 即 在 水 平 方 向
上互差
１／３
极距。参照旋转电机矢量变换理论， 设定两相初级坐
标 系
（α－ β
轴 系
）
， 由 三 相 初 级 坐 标 系 到 直 角 坐 标 系 转 换 称 为
Ｃｌａｒｋ
变换， 见式
（１）
。
（１）
从 静 止 坐 标 系 到 旋 转 坐 标 系 的 变 换 称 为
Ｐａｒｋ
变 换 ， 见 式
（２）
。反之称
Ｐａｒｋ
逆变换。
（２）
θ
是
ｄ
轴与
α
轴的夹角。根据旋转电机的
Ｐａｒｋ
变换理论和
两电机结构比较。由于电机运动部分的不同， 故直线电机动子相
当于旋转电机定子， 直线电机定子相当于旋转电机动子。所以在
旋转电机中旋转坐标系固定在动子上， 旋转坐标系随着电机转
子一起同步旋转。在直线电机中， 由运动相对性原理， 动子的直
线运动， 可理解为定子相对于动子作反方向直线运动， 因此“旋
转坐标系”
（
实际上此坐标 系是直线运动的， 应称之为直线运动
坐 标 系
）
则 固 定 在 定 子 上 ， 和定 子 一 起 相 对 于 动 子 作 直 线 运 动 ，
如图
３
所示。此时， 直线电机动子向右作直线运动， 其定子则相
对于动子向左直线运动， 固定在定子上的坐标系也和定子一起
相对于动子相对于动子向左运动。动子内部的行波磁场相对于
动子本身是向左运动， 这样站在固定在定子上的坐标系上观察
此同步电机的行波磁场则是静止的。于是让
ｄ
轴位于次级永磁
体
Ｎ
极轴线上，
ｑ
轴则超前
ｄ
轴
９０°
， 也就是极距的
１／４
。
θ
由直
１９５
－
－