【正文】 其實(shí)就是對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制，無刷直流電機(jī)磁場定向控制通過對交直 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 軸電流分別控制實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的間接控制。 1972 年德國西 門子公司的 Bayer 繼 F． Blaschke 的異步電機(jī)磁場定向控制原理發(fā)表之后，提出了同步電機(jī)磁場定向控制原理。矢量控制是以永磁同步電動(dòng)機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，將原來數(shù)學(xué)模型經(jīng)過一系列矢量變換 (3S/2S 變換、 2S/2R 變換 )，變換到與同步坐標(biāo)系統(tǒng)等效的正交兩相坐標(biāo)系中，通過對相關(guān)矢量 (電流、磁鏈 )在該坐標(biāo)系統(tǒng)中各分量的獨(dú)立控制，得出此時(shí)的控制指令值，再經(jīng)逆變換計(jì)算得到系統(tǒng)控制量 (電流、電壓 ) 在三相坐標(biāo)系中的大小，實(shí)現(xiàn)快速高效的調(diào)速控制?？刂葡到y(tǒng)按照這些分量值進(jìn)行實(shí)時(shí)地控制，就能使交流電動(dòng)機(jī)得到像直流電動(dòng)機(jī)一樣的控制性能。無速度傳感器控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制理論在電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中的 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 應(yīng)用，以及 大功率交流傳動(dòng)系統(tǒng)中矢量控制方法的成功應(yīng)用，將矢量控制推向新的高度。 根據(jù)控制目標(biāo)的不同，定子直交軸電流的具體控制方法可分為如下幾類： id = 0 控制、最大轉(zhuǎn)矩電流比控制、恒磁鏈控制、最大輸出功率控制等。主要介紹課題研究背景及意義，介紹了無刷直流電機(jī)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，對矢量控制進(jìn)行了簡介。 第六章為全文的總結(jié)與展望。轉(zhuǎn)子由永久性磁材按一定偶數(shù)對的極對數(shù)組成，其結(jié)構(gòu)有很多種，常用的有永磁環(huán)直接套在轉(zhuǎn)軸上、在導(dǎo)磁鐵心里嵌上永磁體等。 位置傳感器 轉(zhuǎn)子位置傳感器主要是通過檢測實(shí)際的轉(zhuǎn)子磁極位置為控制器提供正確的換向 信息。 (2)光電式位置傳感器 光電式位置傳感器由光電耦合開關(guān)和遮光板組成，其中，光電耦合開關(guān)沿圓周均勻分布，并且固定在定子上。 這種傳感器輸出的信號比較強(qiáng)、工作性能相對可靠、具有較長的使用壽命長、對于應(yīng)用環(huán)境場合要求不高、具有較強(qiáng)的適 應(yīng)性、物理結(jié)構(gòu)緊湊可承受較大的振動(dòng)沖擊等；但是，這種傳感器信噪比較低、體積較大，同時(shí)其輸出波形為交流，一般需經(jīng)整流、濾波后才可以使用，因而限制該傳感器的使用范圍。下面以兩相導(dǎo)通三 相星形六狀態(tài)無刷直流電機(jī)為例說明其工作原理。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 60176。該過程中電流的流經(jīng)的途徑為： E+→ V1 管→ A 相繞組→ C 相繞組→ V2 管→ E。為了簡化模型便于分析，在不影響分析結(jié)果的前提下，特做出下面的假定條件： （ 1）假定氣隙磁場是理想狀態(tài)下按照平頂部分為 120176。 （ 4）逆變電路中功率開關(guān)管以及續(xù)流二極管都有理想開關(guān)特性。 每相繞組的磁鏈包括自身電流產(chǎn)生磁通交鏈的磁鏈、其他相電流產(chǎn)生磁通交鏈 的磁鏈和永磁體磁通交鏈的磁鏈三部分。由于電機(jī)繞組是采用 Y 型接法，所以按照基爾霍夫電流定律可以得到 0??? cba iii ；由于三相繞組為星形連接，且沒有中線，所以有： 0??? cba MiMiMi （ ） 綜上所述，再將式（ ）帶入（ ）得無刷直流電機(jī)的電壓方程式（ ）： ??????????????????????????????????????????????????????????????????cbacbacbacbaeeeiiipMLMLMLiiirrruuu000000000000 （ ） （ 2） 轉(zhuǎn)矩方程 電源提供的功率，主要部分通過氣隙轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，其他部分作為損耗功率消 耗在了功率開關(guān)器件上和電機(jī)的銅耗、鐵耗上。 m2） ,dtd?為轉(zhuǎn)子角加速度（ rad/s2）， L T 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ N坐標(biāo)變換有很多種類，在研究矢量控制時(shí)有 3種坐標(biāo)系，一般稱作靜止三相 ABC坐標(biāo)系、靜止的兩相α β 坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)兩相 dq 坐標(biāo)系；將靜止的三相到靜止的兩相變換稱為 3s/2s 變換（ Clarke 變換），反之，則成為 2s/3s 變換；將靜止的兩相到旋轉(zhuǎn)的兩相的變換簡 稱為 2s/2r 變換（ park變換又稱旋轉(zhuǎn)變換），反之，則稱為 2r/2s 變換。 坐標(biāo)變換的基本思路 矢量變換控制方法中，兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的 d 軸與轉(zhuǎn)子磁鏈軸線重合，為勵(lì)磁軸， q 軸為轉(zhuǎn)矩軸。矢量變換控制技術(shù)就是利用從靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，實(shí)現(xiàn)了定子電流的解耦，將定子電流分解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，從而使永磁無刷直流電機(jī)能像直流電機(jī)那樣分別對磁通和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行獨(dú)立控制。由轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可知，磁通 ? 和電樞電流 i 分別由勵(lì)磁繞 組和電樞繞組控制，兩者相互獨(dú)立。 如圖 (a)所示為通入電流的無刷直流電機(jī)三相對稱定子繞組 A、 B、 C 產(chǎn)生了合成磁動(dòng)勢 F，合成磁動(dòng)勢在三相坐標(biāo)系中按 著 ABC 逆向旋轉(zhuǎn)。假如我們將其以和圖 (a)、 (b)中合成磁動(dòng)勢大小和旋轉(zhuǎn)方向一致。此時(shí)在這個(gè)坐標(biāo)系中，繞組 d就是前文中提到普通直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組，繞組 就是普通直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組。 由于在坐標(biāo)變換的過程中，磁動(dòng)勢保持不變，所以兩個(gè)坐標(biāo)系中各自的磁動(dòng)勢在α、β軸上的分量對應(yīng)相等，所以有式子（ ）和（ ），將它們寫成矩陣形式，得到式子（ ) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 三相和兩相坐標(biāo)系與繞組磁動(dòng)勢的空間矢量 )2121(60c os60c os 33332 CBAocoBA iiiNiNiNiNiN ??????? （ ） )(2 360s i n60s i n 33032 CBoCB iiNiNiNiN ????? （ ） ????????????????????????????????CBAiiiNNii232302121123?? （ ） 兩相電動(dòng)機(jī)的相電壓、相電流有效值為三相電動(dòng)機(jī)相電壓、相電流有效值的 3 /2倍，因此兩相電動(dòng)機(jī)沒想功率增加為三相電動(dòng)機(jī)每相功率的 3/2倍，但相數(shù)由三相變?yōu)閮上?，電?dòng)機(jī)功率不變同時(shí)，可以證明： 3223 ?NN （ ） 代入式子（ ）中可以得到式子（ ）： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ????????????????????????????????CBAiiiii232302121132?? （ ） 設(shè) 23C 表示從三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣，所以有式子（ ）： ????????????????23230212113223C （ ） 反之如果是兩相靜止坐標(biāo)系向三相靜止左邊系的變換過程稱為 2/3 變換，可以求 32C 的逆矩陣，經(jīng)過計(jì)算可以得到從兩相靜止坐標(biāo)系向三相靜止坐標(biāo)系變換矩陣 32C 如式子（ ）所示 : ????????????????????23212321013232C () 這里應(yīng)該指出的是，三相 ABC坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相 ɑ β 坐標(biāo)系后，雖然相數(shù)減少了，但ɑ β 坐標(biāo)系中的電流 ai ， bi 仍為交流，與直流電動(dòng)機(jī)相比還有很大的差別，因此仍需繼續(xù)轉(zhuǎn)換。 圖中， d 軸和 q 軸都以同步速度 ω r 旋轉(zhuǎn)，而 ɑ 軸和 β 軸是靜止的， d 軸與 ɑ 軸的夾角 θ 隨時(shí)間變化。正是通過 ɑβ 坐標(biāo)系到 dq 坐標(biāo)系的變換，最終將三相交流電流變?yōu)閮上嘀绷髁?。系統(tǒng)給定了勵(lì)磁電流和樞電流參考值，經(jīng)過 2r/2s 變換得到兩相靜止坐標(biāo)系上的兩相電流，最后通過 2/3 變換得到三相靜止坐標(biāo)系上 ABC 三相電流的給定值，將這個(gè)信號送給無刷直流電機(jī)，就能得到期望的調(diào)速特性。 矢量控制是以電動(dòng)機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，將原來數(shù)學(xué)模型經(jīng)過一系列矢量變換 (3/2 變換、 2S/2R 變換 )，變換 到與同步坐標(biāo)系統(tǒng)等效的正交兩相坐標(biāo)系中，通過對相關(guān)矢量 (電流、磁鏈 )在該坐標(biāo)系統(tǒng)中各分量的獨(dú)立控制，得出此時(shí)的控制指令值，再經(jīng)逆換計(jì)算得到系統(tǒng)控制量 (電流、電壓 ) 在三相坐標(biāo)系中的大小，實(shí)現(xiàn)快速高效的調(diào)速控制。 分析完矢量控制理論后，我們可以了解到，對無刷直流電機(jī)的矢量控制實(shí)際上是對電動(dòng)機(jī)定子電流矢量相位和幅值的控制，當(dāng)永磁體的勵(lì)磁磁鏈和電機(jī)參數(shù)確定后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩便取決于定子電流空間矢量。兩相坐標(biāo)系上的等效電機(jī)模型可以看做是一臺他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)， 定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢的空間矢量正交，而且定子電流獨(dú)立于轉(zhuǎn)子永磁磁通。 （ 2） cosφ = 1 控制方法 cosφ =1 控制方法是使電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)恒為 1，即定子電流矢量和電壓矢量方向重合，此時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩存在一個(gè)極大值。這種控制方法與（ 1）相比，它有更高的功率因數(shù)，使得無刷直流電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩得到了提高，但是這種控制 方式也有存在去磁分量、最大輸出轉(zhuǎn)矩受限等缺點(diǎn)。但是在給定轉(zhuǎn)矩變大的時(shí)候，功率因數(shù)下降快。 （ 6） 最大輸出功率控制 在電機(jī)轉(zhuǎn)速超過最大電磁轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的極限轉(zhuǎn)速后，對定子電流矢量的控制轉(zhuǎn)變?yōu)槿醮趴刂?，此時(shí)定子電流矢量沿著電壓極限曲線內(nèi)部取值，對給定轉(zhuǎn)速，存在最大輸出功率點(diǎn)對應(yīng)的定子電流矢量。若選擇永磁體基波勵(lì)磁磁場與定子正弦波磁動(dòng)勢正交，并獨(dú)立控制定子電流幅值，則此時(shí)的控制方式即為磁場定向的矢量控制。采用磁場定向控制，令 id=0 可以得到電磁轉(zhuǎn) 矩與交軸電流成線性關(guān)系，只要控制好交軸電流幅值，就可以得到良好的轉(zhuǎn)矩控制性