量控制原理。永磁同步电机中转矩的表达式为

T

e

= [

I

s

]

'

× [

E]/ω

m

=

p× [

I

s

]

'

× 0

m

× [

123

4

5]

265

其中7[I

s

]

'

是[I

s

]的转置矩阵。

[

I

s

]=

I

8

I

9

I

:

;

<

=

>

=

I

s

s

?

@2ω

e

A

5

I

s

s

?

@2ω

e

AB 6CDE

5

I

s

s

?

@2ω

e

:

;

<

=

AF 6CDE

5

2C5

[

123

e

5]=

s

?

@2ω

e

A

5

s

?

@2ω

e

AB 6CDE

5

s

?

@2ω

e

:

;

<

=

AF 6CDE

5

2G5

为了用最小的电流获得最大的转矩7通常控制

电流矢量位于 H轴7这时转矩表达式变为

T

e

= 6IJ

p0

m

I

s

2K5

矢 量 控 制 的 核 心 就 是 通 过 控 制 输 出 电 流 矢 量

的幅值来控制输出转矩的大小7同时控制输出电流
矢量位于 H轴来获得最大的电流效率。图 6是旋转
坐标2LH5下的矢量图。

图 M 旋转坐标下的矢量图

NO

PIM QR

S

T

UVWO

X

PV

X

Y O

ZW[

\S

UUV

WO

ZX

T

R

图 ] 伺服系统控制框图

NO

PI] ^UZT

V

U_WO

X

PV

X

Y U‘T

aRb

R

V

c

Ub

d

b

T

R

Y

3

e

是 转 子 轴 与 定 子 8相 间 的 电 角 度7I

8

e

I

9

e

I

>

分 别 三 相 定 子 电 流70

m

是 电 机 的 永 磁 磁 链7ω

m

为

机械角速度7ω

e

为 电 气 角 速 度7E是电机的感应电

动势7p为电机的极对数。图 C是伺服系统的控制框
图7其中 fgh是速度调节器7fih是电流调节器7
都采用普通的 jkl控制。本伺服系统可以工作于速
度给定和位置给定模式7在速度给定模式下采用电
流环和速度环的双环控制m在位置给定模式下采用
位置环e速度环e电流环的三环控制。另外 jno 调

制方法采用空间矢量调制法7三相逆变电路采用通
用型三相全桥电路。

p 初始定位原理

本 伺 服 系 统 中 位 置 反 馈 采 用 增 量 式 光 电 编 码

器7该 码 盘 在 转 动 过 程 中将 产 生 qereseteuev
六个 脉 冲 信 号。其中 qer两组脉冲信号的频率相
同7分辨率为 CJDD脉冲 /转。通过判断两脉冲的相
位可以判断出电机的转动方向7这两个脉冲信号经

lgj内 部 的 wxj电 路 四 倍 频 后7电 机 空 间 位 置 的
分辨率变为 6DDDD脉冲 /转。脉冲 s是同步信号7
其产生的位置固定7即电机转子转到该位置时发出
信号7该信号可以用来消除干扰脉冲或丢失脉冲对
位置计数器造成的累计误差7该脉冲每一圈产生一
个。另外还有 teuev 三个脉冲信号7这三个脉冲
输出互 差 6CDE电角度7宽度为 6yDE电角度的方波
信号。如图 G所示7在 GzDE电角度范围内7该三相脉
冲输出六种不同的状态7每个状态宽度为 zDE。

图 p {|} 状态图

NO

PIp ~T

X

T

R

[

‘

O

PuV

RU‘{|} pu_

b

R

b

根 据 上 文 对 矢 量 控 制 的 分 析7当输 出 电流 矢

量与转子轴不重合时7电机转子会转动到该处并与
定子输出电流矢量方向重合。本文正是基于这种控
制思想来对转子初始位置进行检测。本伺服系统中
采用 s脉冲作为复位信号7因此必须知道该信号产
生的位置和定子 8相轴线的夹角7而这一夹角取决
于光电编码器的安装位置。下面分两种情况来进行
分析7同时提出软件调零位的方法。

pIM Z脉冲的位置与 X相轴线重合

系 统 上 电 时7通 过 读 取 teuev 三 个 脉 冲 状

态7可以大致估算出转子的位置。这里为使初始定
位时电机振动尽量小7选取每个脉冲状态的中间值
作为转 子 的 给 定 位 置7记做 β。例如在图 G所示的

'C’状态时7可以给定转子位置为 GDE电角度7这样
其与初始位置的误差控制在2B GDE7GDE5的范围内7
然后控制 电 流 矢 量 位 于 给 定 位 置 处7如图 K所示。

·

y

·

电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报

CDDJ年第 K期