数控系统伺服驱动优化方法 白斌 内容摘要：目前数控机床配置的数控系统主要有日本FANUC和德国SIEMENS系统，如何提高伺服驱动系统的动态特性，这也是维修及调试人员必须要做的一项很重要的工作。 机床各轴的驱动、电机数据如速度环、位置环增益直接影响轴的动态运行特性。如果这些参数设置不当，就会导致机床运行过程中的振动，伺服电机啸叫，使加工无法进行，甚至会导致丝杆和导轨损坏。为了达到良好的零件加工精度，对驱动参数进行优化是一项必不可少的工作。 关键词：速度环位置环优化 伺服驱动优化的目的就是让机电系统的匹配达到最佳，以获得最优的稳定性和动态性能。在数控机床中，机电系统的不匹配通常会引起机床震动、加工零件表面过切、表面质量不良等问题。尤其在磨具加工中，对伺服驱动的优化是必须的。 数控系统伺服驱动包括3个反馈回路，即位置回路、速度回路以及电流回路，其组成的框图如图1-1所示。最内环回路反应速度最快，中间环节反应速度必须高于最外环，如果没有遵守此原则，将会造成震动或反应不良。
图1-1 伺服系统控制回路 伺服优化的一般原则是位置控制回路不能高于速度控制回路的反应，因此，若要增加位置回路增益，必须先增加速度回路的增益。如果仅仅增加位置回路增益，机床很容易产生振动，造成速度指令及定位时间增加，而非减少。在做伺服优化时必须知道机床的机械性能，因为系统优化是建立在机械装配性能之上的，即不仅要确保伺服驱动的反应，而且也必须确保机械系统具备高刚性。 以日本FANUC 0iC系统为例，详细讲解伺服驱动优化过程。主要过程在伺服调整画面进行优化调整，画面如图1-2所示。
图1-2 FANUC伺服调整画面 1）首先将功能位参数P2003的位3 设定1，回路增益参数P1825设定为3000，，速度增益参数P2021从200增加，每加100后，用JOG移动坐标，看是否震动，或看伺服波形（TCMD）是否平滑。 注：速度增益=［负载惯量比（参数P2021）+256］/256 *100。 负载惯量比表示电机的惯量和负载的惯量比，直接和具体 的机床相关，一定要调整。 2）伺服波形显示：把参数P3112#0改为1(调整完后,一定要还原为0)，关机再开机。如下图1-3所示：采样时间设定5000，如果调整X轴，设定数据为51,检查实际速度。 图1-3伺服波形设置画面
简化三相BLDC电机控制和驱动系统的策略 _________________________________________________________________ Microchip Technology Inc. 模拟和接口产品部 产品线营销经理 Brian Chu 高度集成的半导体产品不仅是消费类产品的潮流，同时也逐步渗透至电机控制应用。与此同时，无刷直流（BLDC）电机在汽车和医疗应用等众多市场中也呈现出相同 态势，其所占市场份额正逐渐超过其他各类电机。随着对BLDC电机需求的不断增 长以及相关电机技术的日渐成熟，BLDC电机控制系统的开发策略已逐渐从分立式 电路发展成三个不同的类别。这三类主要方案划分为片上系统（SoC）、应用特定 的标准产品（ASSP）和双芯片解决方案。 这三类主要方案均能减少应用所需的元件数并降低设计复杂度，因此正逐渐受到电机系统设计工程师的青睐。不过，每种策略都有其各自的优缺点。本文将论述这三种方案及其如何在设计的集成度和灵活性之间做出权衡。 图1：典型的分立式BLDC电机系统框图
基本电机系统包含三个主要模块：电源、电机驱动器和控制单元。图1给出了传统 的分立式电机系统设计。电机系统通常包含一个简单的带集成闪存的RISC处理器，此处理器通过控制栅极驱动器来驱动外部MOSFET。该处理器也可以通过集成的MOSFET和稳压器（为处理器和驱动器供电）来直接驱动电机。 SoC电机驱动器集成了上述所有模块，并且具有可编程性，能够适用于各类应用。 此外，它还是因空间受限而需要优化的应用的理想选择。但是，其处理性能较低且内部存储空间有限，因此无法应用于需要高级控制的电机系统。SoC电机驱动器IC 的另一个缺点是开发工具有限，例如缺乏固件开发环境。大多数业界领先的单片机供应商均提供种类繁多的易用工具，这一点与之形成鲜明对比。 ASSP电机驱动器面向某一特定领域设计，一切都针对某个狭义应用而优化。其占 用空间极小且无需软件调节。此外，它还是空间受限应用的理想选择。图2给出了 10引脚DFN风扇电机驱动器的框图。由于ASSP电机驱动器通常专注于大批量生产 应用，因此往往拥有出色的性价比。不过，这并不意味着依靠ASSP驱动器运行的 电机需要牺牲性能。例如，大多数现代ASSP电机驱动器能够驱动采用无传感器和 正弦算法的BLDC电机，而过去则需要使用高性能单片机才能实现这一点。但是，ASSP产品缺乏可编程性且不能调节驱动强度，这会限制其适应日益变化的市场需 求的能力。 图2：独立式风扇电机驱动器框图
一、实验目的 1. 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 二、实验内容 1. 掌握永磁同步电机dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。 2. 了解三相永磁同步电机内部结构。 3. 确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。 三、拟需实验器件 1. 待测永磁同步电机1台； 2. 示波器1台； 3. 西门子变频器一台； 4. 测功机一台及导线若干； 5. 电压表、电流表各一件； 四、实验原理 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1 ,2a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2)
图1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如 U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为： d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3) 对于d 轴电压输入时的电流响应为： ()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的倍时，1d R t L - =-，电感与电阻的关系式可以写成： 0.632d L t R =? (5) 其中为电流上升至稳态值倍时所需的时间. 3． 交轴电感的测量 测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取的很短 ,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q 轴电压方
1.2 电机驱动系统效率优化控制技术研究现状 电动汽车的动力由电动机提供，电机驱动系统（简称驱动系统）的性能直接影响了电动汽车的性能。电动汽车系统需要能够满足频繁停车启动、加速、大负载爬坡以及紧急制动等要求，也需要考虑到汽车行驶路况复杂多变，存在雨天、酷热、下雪等恶劣天气，以及颠簸、泥泞等复杂路况。另外，在满足行驶条件的情况下还应最大限度地保证驾驶人员和乘坐人员的舒适安全。作为电动汽车的核心部分，驱动系统应满足宽调速范围、宽转矩输出范围、良好的加减速（起动、制动）性能、运行效率高（提高续航里程）以及高可靠性等要求。 针对永磁同步电机驱动系统的效率优化，总体来说可分为以下三个方向： 1）从电机本体的电磁设计、制造工艺以及电机的材料着手，开发高效电机。 2）改进脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术，降低功率开关器件上的损耗从而提高逆变器的整体效率；降低变频器输出电压的谐波含量，如采取空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)技术和软开关技术，减小谐波含量从而提高驱动系统的整体效率。 3）研究合适的控制策略，在保证电机满足运行条件的情况下减小直流侧的功率输入，提高驱动系统的效率。 目前，针对永磁同步电机驱动系统效率优化所提出的控制策略很多，总体来说可以分为两大类：第一类是基于损耗模型的效率优化控制(Loss Model Control，LMC)策略；第二类是基于搜索法的效率优化控制(Search Control，SC)策略。下面分别进行概述。 1.2.1 基于损耗模型的效率优化控制策略 该控制策略作为一种基于前馈式的控制方法，基本原理是：在充分考虑电机各部分损耗的基础上，建立较为精确的损耗模型，根据电机运行状况（负载转矩和实际转速）计算出该运行状况下最优的控制变量（一般为磁场、电压或者电流）以减小驱动系统的损耗。若控制变量为电枢电流，对永磁电机驱动系统来讲一般选择最优的直轴电流i d和交轴电流i q，对混合励磁电机驱动系统来讲包括i d、i q以及励磁电流I f。这种控制策略目前已被广泛应用到了闭环传动系统中，可以保障电机驱动系统在全局运行范围内都能实现效优化。基于损耗模型的同步电机效率优化控制基本框图如图1.1所示。 基于损耗模型的驱动系统效率优化策略最早由T.M.Rowan和T.A.Lipo[1]，以及H.G.Kim [2]等人提出并进行研究；1987年Bose[3][4]等人将该策略运用到永磁同步电机驱动系统中。美国学者X.Wei和R.D.Lorenz已将基于损耗模型控制策略结合直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)中，以提高永磁同步电机在瞬态过程中的效率[5]。针对同步电机而言，基于损耗模型的效率优化策略总共可以分为五种类型：考虑铁损的损耗模型控制策略[6][7]、考虑铜损的损耗模型控制策略[8][9]、考虑铁损和铜损的损耗模型控制策略[10][11]、基于电机精确损耗模型损耗模型控制策略[12][13]和约束条件下的损耗模型控制策略[14][15]。
机电一体化中的电机控制与维护策略思考 摘要：传统机械工业生产中机电一体化是非常重要的环节，一般是以人工操作 机电设备为主。然而随着生产规模扩大，有了新的机电要求，传统机械为主的生 产方式已无法满足实际生产需求，随着现代科技水平的提高，电子控制学在机电 行业应用日益广泛，新工艺及传统工艺深度融合发展，对未来生产有很大的帮助。基于此，针对机电一体化化中电机控制与维护策略相关知识，本文从以下几方面 进行了简单地分析，希望对相关领域研究有帮助。 关键词：机电一体化；电机控制；维护策略 引言 现代社会发展中，机电一体化发展空间大且有良好发展趋势。我国机电一体 化发展速度慢，相较之发达国家，机电一体化技术水平有一定差距。随着机电一 体化技术的发展，当前我国很多机械行业领域应用机电一体化技术进行生产。机 电一体化发展中经过多次创新改革，发展日益稳定因而备受行业关注，由此为我 国社会经济与机械行业发展提供了重要的推动力。 1、改善机电一体化具体内容与内涵 随着经济的快速发展，及科技为主的内在发展动力逐渐成为生产力的重要构 成内容。简单而言，机电一体化内涵包含三部分：（1）以新生产技术为主的机 械生产方式。该技术应用旨在有效融合电子操控技术，充分发挥电子操作技术优 势提高生产流程性能。（2）计算机及信息网络技术。巧妙应用该技术有效融合 机电一体化电机硬件与软件系统，以此同步实现智能化与自动化生产目标。（3）系统感受器官及传感检测技术。机电一体化化中应用该技术可自动化控制与调节 机电运转与发展情况，保障机电一体化系统运转水平。虽然现阶段机电一体化应 用各行业领域并取得了显著成就，应用范围也不断扩大。但实际应用过程中还存 在一些不足，亟待制定措施进行改革。为了确保生产系统中机电一体化电机稳定 稳定，扩大与提高工艺生产中的作用是十分必要的，以此深入控制并保护电机设备。 2、机电一体化电机控制与维护现状 现阶段，我国机电一体化技术应用日益成熟，但在电机控制及维护工作中， 传统电机控制及维护方案与机电一体化高效运转要求不相符。而且传统落后的电 机控制设备无法有效的保护电机设备。同时生产运营中电机所处环境比较特殊， 只有加强电机环境建设方能确保电机实现高效长久的运行。 随着生产力水平的提高，电机设备提出了更加养的要求，一旦电机控制出现 故障就会影响整个生产活动。例如，电机操作人员应用指令执行操作，假若自动 化电机不能精确识别指令，就会影响电机实际运行。另外各生产环节中，如果电 机状态出现异常也会影响整个生产过程。此类问题的出现有很多原因，不仅仅局 限于短路以及电机太热等问题，此种情况下电机控制与保护系统面临更高的要求。 机电一体化电机操作中，传统电机保护装置一般应用电磁继电器与熔断器等 硬件防护措施。随着机电一体化技术水平的提高，信息处理环节中此类简单防护 措施会影响数据紧缺性，无法满足实际生产发展与进步，还会引发很多安全事故，这与电机系统灵敏性联系紧密。整体而言，电磁继电器及熔断器为主的硬件防护 措施，综合性能还有很大的提高空间。 3、机电一体化电机控制与维护策略 3.1定期检查机电一体化运行设备
本科毕业设计（论文） () 论文题目：电动汽车电机驱动控制策略研究 本科生姓名：关海波学号：201211318 指导教师姓名：赵峰职称： 申请学位类别：工学学士专业：电力工程及管理 设计(论文)提交日期：（小四号楷体加黑）答辩日期：（小四号楷体加黑） 本科毕业设计(论文)
电动汽车电机驱动控制策略研究 姓名：关海波 学号：201211318 学院：新能源及动力工程学院专业班级：电力工程及管理1201班
指导教师：赵峰 完成日期： 兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity
摘要 本论文首先介绍了异步电动机的数学模型，通过坐标变换，得到了异步电动机的空间矢量等效电路。并由理想逆变器的8种开关状态入手，得到了理想逆变器的数学模型，建立了空间电压矢量的定义。并在此基础上对定子磁链和电磁转矩及空间电压矢量之间的关系进行了分析，阐述了六边形磁链轨迹和近似圆形磁链轨迹异步电动机直接转矩控制系统的结构和工作原理。 根据异步电动机直接转矩控制的工作原理，本论文在的平台下，分别搭建了六边形磁链轨迹和圆形磁链轨迹直接转矩控制系统模型。并对仿真结果进行了相应的分析，验证了异步电动机直接转矩控制策略的可行性。而且，对两种磁链轨迹直接转矩控制系统的优缺点及应用范围进行了比较。 本论文以电动汽车的电机驱动部分为研究对象，对于异步电动机的直接转矩控制技术进行了较为深入的理论研究，在电动汽车及其他相关领域的应用具有一定的参考价值。 关键词：电动汽车；电机驱动；直接转矩控制
, . . , . . , . a , a , . . ：，， 目录 摘要错误!未指定书签。 错误!未指定书签。 1 绪论错误!未指定书签。 1.1国内外电动汽车的发展及现状错误!未指定书签。 2 电动汽车电机驱动系统分析错误!未指定书签。 2.1电动汽车驱动电机的特殊要求错误!未指定书签。 2.2电动汽车电机驱动系统的分类及选择错误!未指定书签。
永磁同步电机控制系统仿真模型的建立与 实现
电机的控制 本文设计的电机效率特性如图 转矩(Nm) 转速(rpm) 异步电机效率特性 PMSM 电机效率特性 本文设计的电动汽车电机采用SVPWM 控制技术是一种先进的控制技术，它是以“磁链跟踪控制”为目标，能明显减少逆变器输出电流的谐波成份及电机的谐波损耗，能有效降低脉动转矩，适用于各种交流电动机调速，有替代传统SPWM 的趋势[2]。 基于上述原因，本文结合0=d i 和SVPWM 控制技术设计PMSM 双闭环PI 调速控制。其中，内环为电流环[3]，外环为速度环，根据经典的PID 控制设计理论，将内环按典型Ⅰ系统，外环按典型Ⅱ系统设计PI 控制器参数[4]。 1. PMSM 控制系统总模型 首先给出PMSM 的交流伺服系统矢量控制框图。忽略粘性阻尼系数的影响， PMSM 的状态方程可表示为 ??????????-+????????????????????----=??????????J T L u L u i i P J P L R P P L R i i L q d m q d f n f n m n m n m q d ///002/30//ωψψωωω& && (1) 将0=d i 带入上式，有 ???? ??????-+??????????? ??? ??--=????? ?????J T L u L u i J P P L R P i i L q d m q f n f n m n m q d ///02/3/0ωψψωω& && (2) 转 矩 (N m )转速 (n /(m i n )) 效率 转速 (rpm) 转矩 (N m )
目前几种比较常见的直接转矩控制策略中，对于中小容量而言，控制方案重点在于进行转矩、无差拍控制和提高。对大容量来说，其区别在于低速时采用了间接转矩控制，从而达到低速时降低转矩脉动的。 直接转矩控制技术概述 相对于直流电机在结构简单、维护容易、对环境要求低以及节能和提高生产力等方面具有足够的优势，使得交流调速已经广泛运用于工农业生产、交通运输、国防以及日常生活之中。随着电力电子技术、微电子技术、控制理论的高速发展，交流调速技术也得到了长足的发展。目前在高性能的交流调速领域主要有和直接转矩控制两种。1968年Darmstader工科大学的Hasse初步提出了磁场定向控制(Field Orientation)理论，之后在1971年由的对此理论进行了总结和实现，并以专利的形式发表，逐步完善并形成了现在的各种矢量控制方法。 特点 对于直接转矩控制来说，一般文献认为它由德国鲁尔大学的教授和的于1985年首先分别提出的。对于磁链圆形的直接转矩控制来说，其基本思想是在准确观测定子磁链的空间位置和大小并保持其幅值基本恒定以及准确计算负载转矩的条件下，通过控制电机的瞬时输入电压来控制电机定子磁链的瞬时旋转速度，来改变它对转子的瞬时转差率，达到直接控制电机输出的目的。在控制思想上与矢量控制不同的是直接转矩控制通过直接控制转矩和磁链来间接控制电流，不需要复杂的坐标变换，因此具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点。 控制 事实上，1977年A·B·Plunkett曾经在IEEE的工业应用期刊上提出了类似于目前直接转矩控制的结构和思想的直接磁链和转矩调节方法，在这种方法中，转矩给定与反馈之差通过PI调节得到滑差频率，此滑差频率加上电机转子机械速度得到逆变器应该输出的电压定子频率；定子磁链给定与反馈之差通过积分运算得到一个电压与频率之比的量，并使之与定子频率相乘得到逆变器应该输出的电压，最后通过SPWM方法对电机进行控制。 发电机非常容易地将电动机轴上的飞轮惯量反馈给电网，这样，一方面可得到平滑的制动特性，另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机、电动机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备，因而体积大，维修困难等。第三，自出现汞弧变流器后，利用汞弧变流器代替上述发电机、电动机系统，使调速性能指标又进一步提高。特别是它的系统快速响应性是发电机、电动机系统不能比拟的。但是汞弧变流器仍存在一
1．课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 近年来，随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电动机控制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的进步，交流伺服系统将逐步取代直流伺服系统，借助于计算机技术、现代控制理论的发展，人们可以构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此，近年来，世界各国在高精度速度和位置控制场合，己经由交流电力传动取代液压和直流传动[1][2]。 二十世纪八十年代以来，随着价格低廉的钕铁硼(REFEB)永磁材料的出现，使永磁同步电机得到了很大的发展，世界各国(以德国和日本为首)掀起了一股研制和生产永磁同步电机及其伺服控制器的热潮，在数控机床、工业机器人等小功率应用场合，永磁同步电机伺服系统是主要的发展趋势。永磁同步电机的控制技术将逐渐走向成熟并日趋完善[3]。以往同步电机的概念和应用范围己被当今的永磁同步电机大大扩展。可以毫不夸张地说，永磁同步电机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。 由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合获得广泛的应用[4][5]。 尽管永磁同步电动机的控制技术得到了很大的发展，各种控制技术的应用 - 1 -
系统优化之驱动优化大法 驱动优化有利于系统的快运转。驱动优化都包括哪些方面呢？下面我们就一下驱动优化大法驱动程序的优化方案 1、启动加速 虽然XP的启动速度比98有了很大提高，但还是有加速的余力。到微软站点下载Bootvis.exe 文件，启动它，依次选择菜单里面的Trace;Optimize System，这时候系统会提示是否重新启动，选择启动，重启登录以后什么都别动，过一段时间会自动弹出一个对话框，对话框上写着系统分析等提示信息，你什么都别做，一直等到提示分析完毕，这样启动速度就明显提高了。 去掉不必要的服务 每次Windows XP启动之后，随之也启动了许多服务，其中部分服务对于很多用户来说是没用的，并且占用了内存，下面我们来看一下哪些服务有必要关掉。 点击开始;运行，输入命令services.msc，打开服务对话框，(注意：必须以管理员或Administrators 组成员身份登录才能完成该过程。如果计算机与网络连接，则网络策略设置也可以阻止您完成此步骤。) Clipbook Server(文件夹服务器)：这个服务允许你们网络上的其他用户看到你的文件夹。在这里我要强烈建议你把它改为手动启动，然后再使用其他程序在你的网络上发布信息。Messenger(消息)：在网络上发送和接收信息。如果你关闭了Alerter，你可以安全地把它改为手动启动。 Printer Spooler(打印后台处理程序)：如果你没有配置打印机，建议改为手动启动或干脆关闭它。 Error Reporting Service(错误报告)：服务和应用程序在非标准环境下运行时提供错误报告。建议改为手动启动。 Fast User Switching Compatibility(快速用户切换兼容性)：建议改为手动启动。Automatic Updates(自动更新)：这个功能前面已经讲过了，在这里可以改为手动启动。 Net Logon(网络注册)：处理象注册信息那样的网络安全功能。你可以把它改为手动启动。Network DDE和Network DDE DSDM(动态数据交换)：除非你准备在网上共享你的Office，否则你应该把它改为手动启动。注：这和在通常的商务设定中使用Office不同(如果你需要DDE，你就会知道)。 NT LM Security Support(NT LM安全支持提供商)：在网络应用中提供安全保护。建议改为手动启动。 Remote Desktop Help Session Manager(远程桌面帮助会话管理器)：建议改为手动启动。Remote Registry(远程注册表)：使远程用户能修改此计算机上的注册表设置。建议改为手动启动。 Task Scheduler(任务调度程序)：使用户能在此计算机上配置和制定自动任务的日程，它计划每星期的碎片整理等。除非你实在太懒了，连在电脑上开一下都不想，建议改为手动启动。Uninterruptible Power Supply(不间断电源)：用来管理你的UPS。如果你没有UPS的话，把它改为手动启动或干脆关闭它。 Windows Image Acquisition (WIA)(Windows 图像获取)：为扫描仪和照相机提供图像捕获，如果你没有这些设备，建议改为手动启动或干脆关闭它。 使用固定的虚拟缓存 建议把最大值和最小值都设置为382M，而不管你的物理内存的大小。www. 确保内存使用优先用于程序，CPU计划优先用于程序
基于MTPA的永磁同步电动机矢量控制系统 1 引言 永磁同步电动机由于自身结构的优点，再加上近年来永磁材料的发展，以及电力电子技术和控制技术的发展，永磁同步电动机的应用越来越广泛。而对于凸极式永磁同步电动机，由于具有更高的功率密度和更好的动态性能，在实际应用中越来越受到人们的重视[1]。 高性能的永磁同步电动机控制系统主要采用的矢量控制。交流电机的矢量控制由德国学者blaschke在1971年提出，从而在理论上解决了交流电动机转矩的高性能控制问题。该控制方法首先应用在感应电机上，但很快被移植到同步电机。事实上，在永磁同步电动机上更容易实现矢量控制。因为该类电机在矢量控制过程中不存在感应电机中的转差频率电流而且控制受参数(主要是转子参数)的影响也小。 永磁同步电动机的矢量控制从本质上讲，就是对定子电流在转子旋转坐标系(dq0坐标系)中的两个分量的控制。因为电机电磁转矩的大小取决于上述的两个定子电流分量。对于给定的输出转矩，可以有多个不同的d、q轴电流的控制组合。不同的组合将影响系统的效率、功率因数、电机端电压以及转矩输出能力，由此形成了各种永磁同步电动机的电流控制方法。[2]针对凸极式永磁同步
电动机的特点，本文采用最优转矩控制(mtpa)，并用一种更符合实际应用的方法进行实现，并进行了仿真验证。
图1 电流id、iq和转矩te关系曲线 2 永磁同步电动机的数学模型 首先，需要建立永磁同步电动机在转子旋转dq0坐标系下的数学模型，这种模型不仅可用于分析电机的稳态运行性能，还可以用于分析电机的暂态性能。 为建立永磁同步电机的dq0轴系数学模型，首先假设： (1)忽略电动机铁芯的饱和； (2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； (3)转子上没有阻尼绕组； (4)电动机的反电动势是正弦的。 这样，就得到永磁同步电动机dq0轴系下数学模型的电压、磁链和电磁转矩方程，分别如下所示：
永磁同步电机参数测量实验 一、实验目的 1. 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 二、实验内容 1. 掌握永磁同步电机dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。 2. 了解三相永磁同步电机内部结构。 3. 确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。 三、拟需实验器件 1. 待测永磁同步电机1台； 2. 示波器1台； 3. 西门子变频器一台； 4. 测功机一台及导线若干； 5. 电压表、电流表各一件； 四、实验原理 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1 ,2 a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2) 图1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状
态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为： d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3) 对于d 轴电压输入时的电流响应为： ()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的0.632倍时，1d R t L - =-，电感与电阻的关系式可以写成： 0.632d L t R =? (5) 其中t 0.632为电流上升至稳态值0.632倍时所需的时间. 3． 交轴电感的测量 测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取的很短,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q 轴电压方程可以简化为： q q q d d q di u Ri L i L dt ωωψ=+++ q q q q di u Ri L dt =+ (6) q 轴电流将按如下的指数形式建立: ()(1)q R t L U i t e R -=- (7) 利用测量直轴电感的方法同样可以测量交轴电感。 此外，由于没有正好超前d 轴90°的电压矢量，需要施加一个60°和120°合成矢量来完成等效q 轴电压矢量的施加过程。并且在进行脉冲电压实验的过程中,电压幅值和作用时间 应选择适当。电压幅值选择太小,影响检测精度,过大可能使电流超过系统限幅值影响系统安全。作用时间过短,采样点少,获取的电流信息少,也会影响检测精度,作用时间过长,电流同样可能过大影响系统安全，并且电机容易发生转动。 4． 反电势系数的测量 采用空载实验法，即用测功机带动被测永磁同步电机以一定的转速旋转，同时保持被测电机负载开路，测试此时的电机空载相电压，即为反电势电压。结合转速、反电势可以计算得出相应的反电势系数，计算公式如下： 1000e E K n = ? (8) 式中：E 为反电势，n 为转速。电机的反电势系数，其定义为每1000PRM 时电机每相绕组上的反电势电压的有效值（请注意不是线线电压，是线到中性线的电压，单位为：V/KRPM/相） 这种方法需要将被测电机运行至发电状态，并且需要负载开路手动测试反电势。
基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真 随着电动机在社会生产中的广泛应用，由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合已获得广泛的应用。我国制作永磁电机永磁材料的稀土资源丰富，稀土资占全世界的80％以上，发展永磁电机具有广阔的前景。 第一章永磁同步电机的矢量控制原理 1.1 永磁同步电机控制中应用的坐标系 交流电机的数学模型具有高阶次，多变量耦合，非线性等特征，难以直接应用于系统的设计和控制，与直流电机单变量，自然解耦和线性的数学模型相比较，交流电机显得异常复杂。因此需要通过适当的转换，将交流电机的控制变换为类似直流电机的控制将大大简化交流电机控制的复杂程度。 永磁同步电机矢量控制的基本思想是把交流电机当成直流电机来控制，即模拟直流电机的控制特点进行永磁同步电机的控制。为简化感应电机模型，可将电机三相绕组电流产生的磁动势按平面矢量的叠加原理进行合成和分解，使得能够用两相正交绕组来等效实际电动机的三相绕组。由于两相绕组的正交性，变量之间的耦合大大减小。 1.1.1系统中的坐标系 1)三相定子坐标系(U-V-W坐标系) 其中三相交流电机绕组轴线分别为U、V、W，彼此之间互差120度空间电角度，构成了一个U-V-W三相坐标系。空间任意一矢量在三个坐标上的投影代表了该矢量在三个绕组上的分量。 2)两相定子坐标系(α-β坐标系) 两相对称绕组通以两相对称电流也能产生旋转磁场。对于空间的任意一矢量，数学描述时习惯采用两相直角坐标系来描述，所以定义一个两相静止坐标系，即α-β坐标系。它的轴α和三相定子坐标系的A轴重合，β轴逆时针超
永磁同步电机参数在线辨识:模型参考与EKF 的比较 摘要：本文基于模型参考在线辨识的方法，对永磁同步电机进行参数辨识。运用李雅普诺夫第二方法和奇异扰动理论对增广系统的全局稳定性进行了分析。结果表明,该方法应用的解耦控制技术,改善了系统的收敛性和稳定性. 把这种方法与扩展卡尔曼滤波(EKF)的在线识别方法比较，结果表明,尽管基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的在线辨识法在实现的复杂性上相对于所提出的方法更简单,但是该方法与所提出的方法相比不能给出更好的结果. 仿真结果以及对隐极式永磁同步电机实验的分析，证实了所提出方法的有效性。 永磁同步机因为他们的高效率和良好的可控性成功的应用于不同的领域。永磁同步机的控制主要是通过高性能的矢量控制实现的。控制变量如(速度,位置,或转矩),主要的困难在于控制转矩,这说明了控制定子电流的必要性。在矢量控制中,如果想实现这一点，定子电流和电压矢量需在d-q 坐标系下进行分析研究。为了控制定子电流,必须先控制其直轴电感(d)和正交电感(q)。永磁同步电机在d-q 坐标下的电气模型是一个两输入-两输出系统，如下: f q d e e ψ==,0 f K =ω Ω是反电动势矢量d-q 分量；q d q d i i v v ,,,是d-q 轴电压和电流，Ω=P ω是转子电角速度，Ω是转子机械角速度，P 是极对数量。系统的输入是q d v v ,，输出是q d i i ,。根据适当的控制律控制这些电流，是定子电压通过电压源逆变器得到应用。逆变器通常根据一个恒定增益v G 来建模。我们可以得到qr v q dr v d v G v v G v ==,，qr dr v v ,是电流调节器的输出。他们用于调节d-q 坐标系的电流。隐极永磁同步电机,d 轴基准电流通常固定为零，电机转矩和转度由q 轴基准电流控制。d q s f L L R ,,,ψ是参考模型的参数。电机时间常数是 s q q s d d R L R L /,/==ττ。 事实上，这些参数是不准确的，他们会慢慢的发生变化。这些变化可能是由于一个故障或一个变化的操作点[2]。他们有时对控制系统是致命的并可能损坏驱动器。在这些情况下,一个在线辨识算法是必要的。该算法对电机参数进行辨识,用于控制算法或检测故障中。
关于稀土永磁电机 一般所说的稀土永磁电机都是指第三代稀土永磁电机,出于这种永磁材料优异的使用功效,价格对比同等材料较廉价,因而比第一代或第二代稀土永磁材料更有市场需求前景。例如钦铁硼永磁电机,作为新生代的永磁电机具有很大的展开潜力, 在电机界的权威专家看来, 钱铁硼的展开方向一方面是逐步代替其他永磁材料的永磁电机,另一方面是代替一部分电励磁电机。近年来由于电机界研讨者的作业,现已取得了很大的效果。 稀土永磁无刷电动机跟着电力电子技术的迅猛展开和元器件价格下降,人们现已和正在研制各种不同变频供电电源的永磁同步电动机, 加上转子方位闭环控制体系而构成自同步的永磁电动机,这种电动机一般称为无刷直流电动机。这种电动机既具备电励磁直流电动机的优异调速特性,又实现了无刷结构,这在处于要求高控制精度和高可靠性场合使用中,如航空航天、数控机床、加工中心、机器人、计算机外部设备、家用电器等方面取得广泛的运用。这其间反电动势波形和供电波形都是矩形波的电动机称为无刷直流电动机;反电动势波形及供电波形都是正弦波的电动机称同步电动机,在这里我们统称为永磁无刷直流电动机。在日常家用电器中,如空调、电冰箱、洗衣机、吸尘器、电扇等既是耗电大件,又是噪声来历。如果用无刷电动机逐步代替有刷电动机, 不光为人们节约能源, 而且又使生活条件得到改进。由于稀土永磁材料具备高富余磁感应强度、高矫顽力和高磁能积的特色,它可以研制成具有较大气隙长度和较高气隙磁感应强度的电机, 根据市场份额的需要,可以制成无齿槽的盘式电动机、无槽电机、无铁心电机等无刷直流电机,这些电机因所具备的无齿槽结构的原因, 既可以减少电机的重量和转动惯量,前进电机呼应即时灵敏度,能有效减少电机中电磁谐波成分, 减少电机脉动转矩, 增加工作的平稳性, 一起简化制造工艺,因而在高准确控制场合使用流程,如计算机外部设备、办公设备等中得到了广泛的运用。汇总而言,因高功用的稀土永磁材料的呈现给予永磁电机功用更优化、结构更简化及大型化供给了必要条件设施,使电机向更高层次展开。
关于1.5KW永磁同步电机控制器的初步方案 基于永磁同步电机自身的结构特点，要实现对转速及位置的伺服控制，采用矢量控制算法结合SVPWM技术实现对电机的精确控制，通过改变电机定子电压频率即可实现调速，为防止失步，采用自控方式，利用转子位置检测信号控制逆变器输出电流频率，同时转子位置检测信号作为同步电机的启动以及实现位置伺服功能的组成部分。 矢量控制的基本思想是在三相永磁同步电动机上设法模拟直流 电动机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分量分解成产生磁通的励磁电流分量id和产生转矩的转矩电流iq分量，并使两分量互相垂直，彼此独立。当给定Id=0，这时根据电机的转矩公式可以得到转矩与主磁通和iq乘积成正比。由于给定Id=0，那么主磁通就基本恒定，这样只要调节电流转矩分量iq就可以像控制直流电动机一样控制永磁同步电机。 根据这一思想，初步设想系统的主要组成部分为：主控制板部分，电源及驱动板部分，输入输出部分。 其中主控制板部分即DSP板，根据控制指令和位置速度传感器以及采集的电压电流信号进行运算，并输出用于控制逆变器部分的控制信号。 电源和驱动板部分主要负责给各个部分供电，并提供给逆变器部分相应的驱动信号，以及将控制信号与主回路的高压部分隔离开。 输入输出部分用来输入控制量，显示实时信息等。
原理框图如下： 基本控制过程：速度给定信号与检测到的转子信号相比较，经过速度控制器的调节，产生定子电流转矩分量Isq_ref，用这个电流量作为电流控制器的给定信号。励磁分量Isd_ref由外部给定，当励磁分量为零时，从电机端口看，永磁同步电机相当于一台他励直流电机，磁通基本恒定，简化了控制问题。另一端通过电流采样得到三相定子电流，经过Clarke变换将其变为α-β两相静止坐标系下的电流，再通过park 变换将其变为d-q两相旋转坐标系下电流Isq，Isd，分别与两个调节器的参考值比较，经过控制器调节后变为电压信号Vsd_ref和Vsq_ref，再经过park逆变换，得到Vsa_ref和Vsb_ref作为SVPWM的控制信
网络高等教育 本科生毕业论文（设计） 题目：电机控制系统研究 学习中心： 层次：专科起点本科 专业：电气工程及其自动化 年级： 2011年秋季 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：
内容摘要 目前的世界，能源日益紧张，环境日趋恶化。节能减排，改善人类生存的环境，正成为越来越多人们的共识。低碳已经成为一个世界性的话题，而电能的消耗主要是工作使用，电机占了很大的比重。电能是所有能源种类中最易被人类使用的一种能源，也是很多其它能源所转换的一个对象，因此，对电能的节约，也就是相应的节约了其它类型的一次性能源，比如煤、油、气等非再生能源。随着大功率开关器件集成电路及高性能的磁性材料的进步，采用电子换向原理工作的无刷直流电机取得了长足的发展。无刷直流电机既有直流电机的结构简单，运行可靠，维护方便的一系列优点。又具备交流电机运行效率高，无励磁损耗及调速性能好等诸多优点，在当今国民经济的各个领域里的应用日益普及。通常我们靠霍尔元件来得到转子的位置，然而传感器有一些缺点，比如增加了成本占空间，附加了传感器电路对温度不稳定，除此之外，它不能用于在一些恶劣的环境中。由于无位置传感器技术能解决上述问题，因此吸引了各国科研工作者研究的兴趣。 关键词：无刷直流电机；控制系统；电气伺服系统；交流电机控制策略
内容摘要 ........................................................................................................................... I 引言 (1) 1 电机控制系统介绍 (2) 1.1 电机控制系统的基本组成 (2) 1.1.1 电动机 (2) 1.1.2 功率放大与变换装置 (2) 1.1.3 控制器 (3) 1.1.4 传感器 (3) 1.2 运动控制系统的转矩控制规律 (3) 1.3 电机控制系统的分类 (4) 2 电机调速系统 (5) 2.1 概述 (5) 2.2 交流电机的调速方式 (5) 2.3 变频调速系统 (7) 3 电气伺服系统 (8) 3.1 概述 (8) 3.2 电气伺服系统的结构及分类 (8) 3.3 伺服系统的应用及展望 (9) 4 交流电机控制策略 (11) 4.1 矢量控制 (11) 4.2 直接转矩控制 (11) 4.3 PID控制 (12) 5 结论 (13) 参考文献 (14)
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/648357144.html, 宽转速永磁同步电动机电磁参数优化设计 作者：孙建锐于万娟 来源：《中国新技术新产品》2016年第02期 摘要：永磁同步电动机在近些年受到越来越多的欢迎。特别是电动汽车领域，永磁同步 电动机的使用可以有效的增加电动汽车的驱动性能。不过，基于自身条件的限制，永磁同步电动机在使用过程中存在一些问题，本文首先对永磁同步电动机的基本结构、数学模型以及控制原理做简要介绍，然后介绍永磁同步电动机的弱磁扩速措施以及与弱磁扩速有关的电磁参数。 关键词：永磁同步电动机；问题；措施；电磁参数 中图分类号：TM351 文献标识码：A 永磁同步电动机具有体积小、效率高、性能优异等特点，在近些年受到越来越多的欢迎。特别是在电动汽车领域，永磁同步电动机的使用可以有效增加电动汽车的驱动性能。不过，永磁同步电动机在使用过程中采用永磁体励磁，这种方式无法灵活调节励磁强度。此外，永磁体励磁会对直流母线的电压和逆变器的饱和度进行限制，永磁同步电动机在运行过程中的转矩和功率会快速下降，从而影响电动机的正常运转。本文首先对永磁同步电动机的基本结构、数学模型以及控制原理做简要介绍，然后介绍永磁同步电动机的弱磁扩速措施以及与弱磁扩速有关的电磁参数。 一、基本结构及数学模型 （一）永磁同步电动机结构特点 永磁同步电动机，顾名思义，其采用的是永磁体励磁。这种励磁方式的电动机的转子磁路会有所不同，一般有表面式和内置式两种。表面式转子磁路的永磁体位于转子的外表面，这样永磁体就可以充分地和空气接触，让永磁体的磁导率和空气相近，抑制弱磁的扩速作用。内置式转子磁路的永磁体位于转子内部，这种方式比较容易产生弱磁扩速。 （二）永磁同步电动机dq轴数学模型 永磁同步电动机的转轴运动是建立在dq轴数学模型基础上的，该模型的电压方程为： （1） 磁链方程为： （2）