【正文】 永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)信號檢測 7 間的電壓信號不敏感，精確度較底，因此采用將 +10mA的電流信號通過采樣電阻轉(zhuǎn)換為 177。 永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)至少需要實時檢測電機定子任意兩相的相電流，電流信號首先要轉(zhuǎn)換成電壓信號才能對其進行檢測和處理。通過相電流檢測電 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)信號檢測 6 路提取 ai ， bi ，再使用 Clark變換將它們轉(zhuǎn)換到定子 兩相坐標(biāo)系中，然后使用 Park變換。若使兩相 d， q坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)子磁鏈同步旋轉(zhuǎn)，并進一步將 d軸取在轉(zhuǎn)子磁鏈方向上，則轉(zhuǎn)子磁鏈與轉(zhuǎn)矩分別由定子電流的勵磁分量 sdi 和轉(zhuǎn)矩分量 sqi 獨立控制，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鏈幅值保持恒定時，系統(tǒng)可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子磁鏈的解耦控制。在此基礎(chǔ)上進行控制系統(tǒng)的研究十分困難；而在 dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中， 由于坐標(biāo)軸和磁鏈都以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，使得電機數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)變成常數(shù)，有 利于我們進行控制系統(tǒng)的設(shè)計；因此，通常采用 dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 來分析和設(shè)計永磁同步電動機伺服控制系統(tǒng)。 (2)假定永磁材料的電導(dǎo)率等于零 ， 不計電機繞組漏感。 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)信號檢測 4 注意：當(dāng)各物理量由三相變換到兩相時，為了滿足功率不變的原則，兩相定 子線圈的有效匝數(shù)應(yīng)為原來三相繞組每相有效匝數(shù)的 3 / 2 倍，兩相定子線圈 內(nèi)個物理量的正方向和原定子三相繞組的規(guī)定相同 。 坐標(biāo)變換及變換矩陣 目前，對交流電機的控制主要是在三相交流電動機上模擬直流電動機的控制規(guī)律進行的分析和研究；從而將直流電動機的控制方法移植到交流電動機上，這其中最關(guān)鍵的問題就是交流量與直流量的轉(zhuǎn)換，這 就需要借助坐標(biāo)變換使各物理量從靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。 2．兩相靜止坐標(biāo)系 (??? 坐標(biāo)系 ) 假定有兩相空間 位置相差 90? 的固定繞組，其軸線分別為 ? 、 ? ，組成兩相靜止A 0 C B ? JF ? d q ? 90? 圖 2– 1 常用的坐標(biāo)系 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)信號檢測 3 坐標(biāo)系 (? 軸逆時針超前 ? 軸 90? )。因此，在永磁同步電機的研究中經(jīng)常在參考坐標(biāo)系之間進行變換，即坐標(biāo)變換。 目前，矢量控制系統(tǒng)信號 檢測方式分無位置傳感器檢測法和位置傳感器檢測法，無位置傳感器檢測法是當(dāng)前研究的熱點，這種方法實施簡單，但它運算過程復(fù)雜，是一種估計算法并且對電機參數(shù)變化很敏感，魯棒性差。 矢量控制技術(shù)的提出，使交流傳動系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了顯著的改善，這無疑是交流傳動控制理論上的一個質(zhì) 的飛躍。如果發(fā)表相關(guān)成果，一定征得指導(dǎo)教師同意，且 第一署名單位為平頂山學(xué)院。對本文的研究成果做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 畢業(yè)設(shè)計 永磁同步電機 題 目 : 矢量 控制系統(tǒng) 信號檢測 院 (系 ): 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)年級 : 電氣工程及其自動化專業(yè) 2021 級 姓 名 : 學(xué) 號 : 指導(dǎo)教師 : 2021年 4月 10日 原 創(chuàng) 性 聲 明 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè) 設(shè)計 ，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成 果。 本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。本人離校后使用畢業(yè) 設(shè)計 或與該 設(shè)計 直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，第一署名單位仍然為平頂山學(xué)院。它使人們看到盡管交流電動機控制復(fù)雜，但同樣可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、磁場獨立控制的內(nèi)在本質(zhì) ，這使得 矢量控制技術(shù)在交流調(diào)速控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用 ， 因為永磁同步電機具有效率高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點，有著廣闊的應(yīng)用前景，矢量控制也逐漸應(yīng)用于永磁同步電機 。而位置傳感器檢測法是最為常見的，但它有自己的不足之處，如高速高分辨率位置傳感器價格昂貴 、 性能易受惡劣環(huán)境影響 。目前，坐標(biāo)變換時常用的坐標(biāo)系有以下三種，它們之間的關(guān)系如圖 21所示。若在此兩相固定繞組中 ? 、 ? ，通以在時間上相差 90? 電角度的兩相平衡交流電流 i? 、 i?，同在定子三相繞組中通以時間上互差 120? 的三相平衡正弦電流一樣 Ai 、 Bi 、 Ci ，也會產(chǎn)生同樣 的合成磁動勢空間矢量 JF 。坐標(biāo)變換必須遵循兩個原則： (1)變換前后電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢完全一致； (2)變換前后電動機的功率相等。 電機的數(shù)學(xué)模型是我們研究系統(tǒng)動、靜態(tài)性能和對系統(tǒng)進行控制設(shè)計的依據(jù)；因此，數(shù)學(xué)模型的好壞對控制系統(tǒng)的性能有著非常重要的影響。 (3)假定定子繞組是三相對稱分布 ， 轉(zhuǎn)子上無阻尼繞組。 在 dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下永磁同步電機的數(shù)學(xué)模 型如下 電壓方程 q q q q d d p f ptdU R i L i L i n nd ? ? ?? ? ? ? ﹙ 24﹚ d d d d q q ptdU R i L i L i nd ?? ? ? ﹙ 25﹚ 定子磁鏈方程 d d d fLi???? ﹙ 26﹚ q q qLi? ? ﹙ 27﹚ 電磁轉(zhuǎn)矩方程 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)信號檢測 5 ? ? ? ? ? ? ? ?3 / 2 3 / 2e p d q q d p f q d q d qT n i i n i L L i i? ? ???? ? ? ? ??? ﹙ 28﹚ 機械運動方程 emttddT J B T??? ? ? ﹙ 29﹚ 式中， di 、 qi 是么 d， q軸定子電流分量， dU 、 qU 是 d， q軸定子電壓分量， R是 定子電樞繞組電阻， d? 、 q? 是氣隙磁鏈， f? 是轉(zhuǎn)子磁鋼在定子繞組中產(chǎn)生的耦合磁鏈， dL ，qL 是電機 d， q軸的主電感， pn 是電機轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)， J 是轉(zhuǎn)子與負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量 、B是摩擦系數(shù)， mT 是電機負(fù)載的轉(zhuǎn)矩， ? 是角速度、 e? 是電角速度，且 epn??? ， ? 是轉(zhuǎn)子的機械位置與起始點的夾角。圖 31表明，這是一個電流內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速外環(huán)的雙閉環(huán) 控制系統(tǒng)。將它們轉(zhuǎn)換到 d， q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，再將 d， q坐標(biāo)系中的電流信號與它們的sqrefi和sdrefi相比較，其中sdrefi=0，通過 PI控制器獲得理想的控制量。本系統(tǒng)中由主回路通過電流傳感器檢測電機 A、 B兩相電流，分別經(jīng)線性廣耦隔離器 HCPL7800進行隔離，用采樣電阻將電流信號變?yōu)殡妷盒盘枺俳?jīng)運放進行放大，通過選取合適的參數(shù)和增益使得CA3140的輸出電壓控制在 177。lv的電壓信號。電壓傳感器檢 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計 永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)信號檢測 8 測法的檢測性能優(yōu)良，然而成本太貴；考慮實際情況，本系統(tǒng)采用第一種方法。濾波后的電壓為 ～ +，經(jīng)過 的參考電壓