【正文】 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)矩控制性能。若選擇永磁體基波勵磁磁場與定子正弦波磁動勢正交，并獨立控制定子電流幅值，則此時的控制方式即為磁場定向的矢量控制。 （ 6） 最大輸出功率控制 在電機轉(zhuǎn)速超過最大電磁轉(zhuǎn)矩對應的極限轉(zhuǎn)速后，對定子電流矢量的控制轉(zhuǎn)變?yōu)槿醮趴刂疲藭r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對應的定子電流矢量。但是在給定轉(zhuǎn)矩變大的時候，功率因數(shù)下降快。這種控制方法與（ 1）相比，它有更高的功率 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 因數(shù)，使得無刷直流電機的最大輸出轉(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。 （ 2） cosφ = 1 控制方法 cosφ =1 控制方法是使電動機的功率因數(shù)恒為 1，即定子電流矢量和電壓矢量方向重合，此時，電磁轉(zhuǎn)矩存在一個極 大值。兩相坐標系上的等效電機模型可以看做是一臺他勵直流電 動機，定子和轉(zhuǎn)子磁動勢的空間矢量正交，而且定子電流獨立于轉(zhuǎn)子永磁磁通。 分析完矢量控制理論后，我們可以了解到，對無刷直流電機的矢量控制實際上是對電動機定子電流矢量相位和幅值的控制，當永磁體的勵磁磁鏈和電機參數(shù)確定后，電動機的轉(zhuǎn)矩便取決于定子電流空間矢量。 矢量控制是以電動機在不同坐標系下的數(shù)學模型為基礎(chǔ)，將原來數(shù)學模型經(jīng)過一系列矢量變換 (3/2 變換、 2S/2R 變換 )，變換到與同步坐標系統(tǒng)等效的正交兩相坐標系中，通過對相關(guān)矢量 (電流、磁鏈 )在該坐標系統(tǒng)中各分量的獨立控制，得出此時的控制指令值，再經(jīng)逆換計算得到系統(tǒng)控制量 (電流、電壓 ) 在三相坐標系中的大小，實現(xiàn)快速高效的調(diào)速控制。系統(tǒng)給定了勵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系上的兩相電流，最后通過 2/3 變換得到三相靜止坐標系上 ABC 三相電流的給定值，將這個信號送給無刷直流電機，就能得到期望的調(diào)速特性。正是通過 ɑβ 坐標系到 dq 坐標系的變換，最終將三相交流電流變?yōu)閮上嘀绷髁俊? 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 隨時間變化。 由于在坐標變換的過程中，磁動勢保持不變，所以兩個坐標系中各自的磁動勢在α、β軸上的分量對應相等，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（論文）報告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 三相和兩相坐標系與繞組磁動勢的空間矢量 )2121(60c o s60c o s 33332 CBAocoBA iiiNiNiNiNiN ??????? （ ） )(2 360s i n60s i n 33032 CBoCB iiNiNiNiN ????? （ ） ????????????????????????????????CBAiiiNNii232302121123?? （ ） 兩相電動機的相電壓、相電流有效值為三相電動機相電壓、相電流有效值的 3 /2倍，因此兩相電動機沒想功率增加為三相電動機每相功率的 3/2 倍，但相數(shù)由三相變?yōu)閮上啵妱訖C功率不變同時，可以證明： 3223 ?NN （ ） 代入式子（ ）中可以得到式子（ ）： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ????????????????????????????????CBAiiiii232302121132?? （ ） 設(shè) 23C 表示從三相靜止坐標系變換到兩相靜止坐標系的變換矩陣，所以有式子（ ）： ????????????????23230212113223C （ ） 反之如果是兩相靜止坐標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)過計算可以得到從兩相靜止坐標系向三相靜止坐標系變換矩陣32C 如式子（ ）所示 : ????????????????????23212321013232C () 這里應該指出的是，三相 ABC 坐標系轉(zhuǎn)換到兩相 ɑ β 坐標系后，雖然相數(shù)減少了，但 ɑ β 坐標系中的電流 ai ， bi 仍為交流，與直流電動機相比還有很大的差別，因此仍需繼續(xù)轉(zhuǎn)換。此時在這個坐標系中，繞組 d就是前文中提到普通直流電動機的勵磁繞組，繞組 就是普通直流電動機的電樞繞組。 假如我們將其以和圖 (a)、 (b)中合成磁動勢大小和旋轉(zhuǎn)方向一致。 如圖 (a)所示 為通入電流的無刷直流電機三相對稱定子繞組 A、 B、 C 產(chǎn)生了合成磁動勢 F，合成磁動勢在三相坐標系中按著 ABC 逆向旋轉(zhuǎn)。由轉(zhuǎn)矩表達式可知，磁通 ? 和電樞電流 i 分別由勵磁繞組和電樞繞組控制，兩者相互獨立。矢量變換控制技術(shù)就是利用從靜止坐標系到旋轉(zhuǎn)坐標系的變換，實現(xiàn)了定子電流的解耦，將定子電流分解為勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，從而使永磁無刷直流電機能像直流電機那樣分別對磁通和轉(zhuǎn)矩進行獨立控制。 坐標變換的基本思路 矢量變換控制方法中，兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的 d 軸與轉(zhuǎn)子磁鏈軸線重合，為勵磁軸， q軸為轉(zhuǎn)矩軸。坐標變換有很多種類，在研究矢量控制時有 3種坐標系，一般稱作靜止三相 ABC 坐標系、靜止的兩相α β 坐標系和旋轉(zhuǎn)兩相 dq 坐標系；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。 m2） ,dtd?為轉(zhuǎn)子角加速度（ rad/s2）， LT 為負載轉(zhuǎn)矩（ N由于電機繞組是采用 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)器件上和電機的銅耗、鐵耗上。 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 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 的磁鏈和永磁體磁通交鏈的磁鏈三部分。 （ 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。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。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。 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 60176。下面以兩相導通三 相星形六狀態(tài)無刷直流電機為例說明其工作原理。 這種傳感器輸出的信號比較強、工作性能相對可靠、具有較長的使用壽命長、 對于應用環(huán)境場合要求不高、具有較強的適應性、物理結(jié)構(gòu)緊湊可承受較大的振動沖擊等；但是，這種傳感器信噪比較低、體積較大，同時其輸出波形為交流，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。 (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。 位置傳感器 轉(zhuǎn)子位置傳感器主要是通過檢測實際的轉(zhuǎn)子磁極位置為控制器提供正確的換向 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 頁 第 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 信息。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、在導磁鐵心里嵌上永磁體等。 第六章為全文的總結(jié)與展望。主要介紹課題研究背景及意義，介紹了無刷直流電機的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，對矢量控制進行了簡介。 根據(jù)控制目標的不同，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。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 理論在電動機調(diào)速控制系統(tǒng)中的應用，以及大功率交流傳動系統(tǒng)中矢量控制方法的成功應用，將矢量控制推向新的高度。控制系統(tǒng)按照這些分量值進行實時地控制，就能使交流電動機得到像直流電動機一樣的控制性能。矢量控制是以永磁同步電動機在不同坐