樊生文,刘海山

(北方工业大学 电力电子及电气传动工程研究中心,北京 100144)

1 引言

交流永磁同步电动机具有结构简单,体积小,效率高,转矩电流比高,转动惯量低,易于散热及维护保养等优点,在现代交流调速中得到了越来越广泛的应用[1-2]。特别是数字信号处理器DSP的出现,使得矢量控制理论广泛应用于交流伺服系统,进一步提高了永磁同步电动机伺服系统的性能[3-5]。本文充分利用TMS320F2808的片上资源,应用矢量控制原理,设计了三相永磁同步电动机交流伺服系统。系统采用M法和T法[6]相结合的测速方法,在实验中实现了高性能的位置跟踪及动、静态特性。目前已成功装配一台样机。

2 永磁同步电动机矢量控制原理

通过引入Clarke和Park变换,可以得到定位在定子d-q坐标系下(如图1所示)的交流永磁同步电动机电压及转矩方程[7]:

图1 永磁同步电机d-q变换模型Fig.1 d-q axis transformation model of PMSM

上式右边第1项为永磁体与q轴电流作用产生的永磁转矩;第2项为凸极效应产生的磁阻转矩。

系统中伺服电机为三相表面贴装式转子结构,不存在凸极效应,即d,q轴的自感相等(=Lq=L),故电磁转矩方程可简化为

此时电磁转矩只与定子电流的q轴分量有关,且呈正比关系,因此控制定子电流q轴分量就可以很好地控制永磁同步电动机的输出转矩。永磁同步电动机的结构特点决定了其适合于采用按转子磁链定向的矢量控制,通过对定子电流的控制来实现交流PMSM的转矩控制。由于保持d轴电流为0的id=0控制使定子电流产生的电枢磁动势与转子励磁磁场间的角度β为90°,即保持正交,从而实现了定子绕组与d轴完全解耦。……