永磁同步电动机伺服系统控制策略 

摘要(Abstract) 永磁同步电机的 PWM 调制及死区补偿技术、无传感器控制技术和鲁棒

控制技术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。

    伴随着现代工业的快速发展，标志着一个国家工业实力的相应设备如精密机床、工业机

“

”——

器人等对其 驱动源

电伺服驱动系统提出了越来越高的要求。而基于正弦波反电势的

永磁同步电动机（简称 PMSM

“

）因其卓越的性能已日渐成为电伺服系统执行电动机的 主

”

流 [1]。随着现代电力电子技术、微电子技术及计算机技术等支撑技术的快速发展，以永
磁同步电动机作为执行机构的交流伺服驱动系统的发展得以极大的迈进。然而伺服控制技
术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。
随着国内交流伺服用电机及驱动器等硬件技术逐步成熟，以软形式存在于控制芯片中的
伺服控制技术成为制约我国高性能交流伺服技术及产品发展的瓶颈。研究具有自主知识产
权的高性能交流伺服控制技术，尤其是最具应用前景的永磁同步电动机伺服控制技术，

 

具有重要的理论意义和实用价值。

    

 

永磁同步电动机伺服系统基本结构

    永磁同步电机伺服系统主要由伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机
及相应反馈检测器件组成，其结构组成如附图所示。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。全数字化的永磁同步电机伺服控制系统集先进控制技
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，同时智能化、
柔性化也已经成为了现代电伺服驱动系统的一个发展趋势[2][3]  

。

    PWM

 

调制技术及死区补偿技术发展现状

    PWM 调制多采用异步调制方式，分滞环调制、正弦波调制、空间矢量调制（SVPWM）
等。TI 公司的 Zhenyu Yu 等人分析了各种 PWM 调制方式基于 DSP 的数字实现技术[4]。滞
环调制实现简单，但波形谐波大，性能较差。正弦 PWM 调制的信号波为正弦波，其脉冲
宽度是由正弦波和三角载波相交而成，为自然采样，数字实现中变化出多种规则采样方
法。有的文献中根据电机特点，在正弦波中叠加高次谐波，以抑制某些次谐波，达到优化
电流波形的目的。80 年代 Broeck 博士提出了一种新的脉宽调制方法--空间矢量 PWM 调制，
将空间矢量引入到脉宽调制中[5]。它具有线性范围宽，高次谐波少，易于数字实现等优
点，在新型的驱动器中得到了普遍应用。文献[6]分析了三相交流电机空间矢量脉宽调制
的原理，探讨了采用空间矢量脉宽调制三相桥式电压型逆变器的电压输出能力。文献 [7]
将 SVPWM 和基于载波的 SPWM 进行了比较分析，指出了 SVPWM 和叠加了三次谐波的
SPWM 之间的联系。零序矢量放置的不同可以导致不同的 SVPWM 调制方式，每个 PWM
周期只插入一个零序矢量可减少 1/3 的开关次数，即可实现最小开关损耗 SVPWM 调制
[8]

 

。

    IGBT 等器件的死区是逆变器的非线性原因之一，会导致电流波形畸变，使控制性能变
差[9]。针对死区的各种补偿技术的研究很多。文献[10]分析了死区对电流波形的影响，并
给出了两种补偿电路。文献[11]分析了通常的电流反馈补偿和电压反馈补偿，提出了一种