【正文】 )電壓下降，光耦TLP521的原邊電流If增大，光耦的另一端輸出電流Ic增大，電阻R4上的電壓降增大，引腳電壓下降，占空比減小，輸出電壓減小；反之，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，調(diào)節(jié)過程類似。信號(hào)接芯片的誤差放大器輸出腳，或者把PWM 芯片的內(nèi)部電壓誤差放大器接成同相放大器形式，信號(hào)則接到其對(duì)應(yīng)的同相端引腳。此外，使用這類光耦必須注意設(shè)計(jì)外圍參數(shù)，使其工作在比較寬的線性帶內(nèi)，否則電路對(duì)運(yùn)行參數(shù)的敏感度太強(qiáng)，不利于電路的穩(wěn)定工作。副邊三極管電流Ic與原邊二極管電流If的比值稱為光耦的電流放大系數(shù)，該系數(shù)隨溫度變化而變化，且受溫度影響較大。因此，由光耦合器構(gòu)成的模擬信號(hào)隔離電路具有優(yōu)良的電氣性能。輸入和輸出間的電隔離度取決于兩部分供電電源間的絕緣電阻。由于光耦合器的輸入端和輸出端之間通過光信號(hào)來傳輸，因而兩部分之間在電氣上完全隔離，沒有電信號(hào)的反饋和干擾，故性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。光耦合器的性能及類型：用于傳遞模擬信號(hào)的光耦合器的發(fā)光器件為二極管、光接收器為光敏三極管。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。因此根據(jù)超前與滯后的關(guān)系可以確定電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 使用增量式光電編碼器來判別電機(jī)轉(zhuǎn)速方向的原理：增量式光電編碼器輸出兩路相位相差的脈沖信號(hào)A和B，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖信號(hào)A的相位超前脈沖信號(hào)B的相位，此時(shí)邏輯電路處理后可形成高電平的方向信號(hào)Dir。M/T法測(cè)速是將M法和T法兩種方法結(jié)合在一起使用，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，同時(shí)對(duì)光電編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)M1和M2進(jìn)行計(jì)數(shù)，則電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速為 實(shí)際工作時(shí)，在固定的Tc時(shí)間內(nèi)對(duì)光電編碼器的脈沖計(jì)數(shù)，在第一個(gè)光電編碼器上升沿定時(shí)器開始定時(shí)，同時(shí)開始記錄光電編碼器和時(shí)鐘脈沖數(shù)，定時(shí)器定時(shí)Tc時(shí)間到，對(duì)光電編碼器的脈沖停止計(jì)數(shù)，而在下一個(gè)光電編碼器的上升沿到來時(shí)刻，時(shí)鐘脈沖才停止記錄。另外，時(shí)間太長也會(huì)影響控制的快速性。例如時(shí)鐘頻率為fclk,計(jì)數(shù)器記錄的脈沖數(shù)為M2，光電編碼器是N線的，每線輸出4N個(gè)脈沖，那么電機(jī)的每分鐘的轉(zhuǎn)速，為了減小誤差，希望盡可能記錄較多的脈沖數(shù)，因此T法測(cè)速適用于低速運(yùn)行的場(chǎng)合。 M法測(cè)速適用于測(cè)量高轉(zhuǎn)速，因?yàn)閷?duì)于給定的光電編碼器線數(shù)N機(jī)測(cè)量時(shí)間Tc條件下，轉(zhuǎn)速越高，計(jì)數(shù)脈沖M1越大，誤差也就越小。在一定的轉(zhuǎn)速下要增大檢測(cè)脈沖數(shù)M1以減小誤差，可以增大檢測(cè)時(shí)間Tc單考慮到實(shí)際的應(yīng)用檢測(cè)時(shí)間很短，例如伺服系統(tǒng)中的測(cè)量速度用于反饋控制。綜上得：在實(shí)際的測(cè)量中，時(shí)間Tc內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)不一定正好是整數(shù)，而且存在最大半個(gè)脈沖的誤差。 M法又稱之為測(cè)頻法，其測(cè)速原理是在規(guī)定的檢測(cè)時(shí)間Tc內(nèi)，對(duì)光電編碼器輸出的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)的測(cè)速方法，例如光電編碼器是N線的，則每旋轉(zhuǎn)一周可以有4N個(gè)脈沖，因?yàn)閮陕访}沖的上升沿與下降沿正好使編碼器信號(hào)4倍頻。 使用光電編碼器來測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速：可以利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器配合光電編碼器的輸出脈沖信號(hào)來測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 光電編碼器的測(cè)量方法：光電編碼器在電機(jī)控制中可以用來測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)位置和機(jī)械位置以及轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)和機(jī)械位置的變化速度與變化方向。為了獲得絕對(duì)位置角，在增量式光電編碼器有零位脈沖，即主光柵每旋轉(zhuǎn)一周，輸出一個(gè)零位脈沖，使位置角清零。增量式光電編碼器的工作原理是是由旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)在徑向有均勻窄縫的主光柵碼盤旋轉(zhuǎn)，在主光柵碼盤的上面有與其平行的鑒向盤，在鑒向盤上有兩條彼此錯(cuò)開相位的窄縫，并分別有光敏二極管接收主光柵碼盤透過來的信號(hào)。 增量式光電編碼器：增量式光電編碼器是碼盤隨位置的變化輸出一系列的脈沖信號(hào)，然后根據(jù)位置變化的方向用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行加/減計(jì)數(shù)，以此達(dá)到位置檢測(cè)的目的。 圖212絕對(duì)式光電編碼器按照碼盤上形成的碼道配置相應(yīng)的光電傳感器，包括光源、透鏡、碼盤、光敏二極管和驅(qū)動(dòng)電子線路。通常將組成編碼的圈稱為碼道，每個(gè)碼道表示二進(jìn)制數(shù)的一位，其中最外側(cè)的是最低位，最里側(cè)的是最高位。圖1是二進(jìn)制的編碼盤，圖中空白部分是透光的，用“0”來表示。 絕對(duì)式光電編碼器：絕對(duì)式光電編碼器如圖212所示，他是通過讀取編碼盤上的二進(jìn)制的編碼信息來表示絕對(duì)位置信息的。 光電編碼器的介紹：光電編碼器是通過讀取光電編碼盤上的圖案或編碼信息來表示與光電編碼器相連的電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息的。這些位置檢測(cè)傳感器或者與電機(jī)的非負(fù)載端同軸連接，或者直接安裝在電機(jī)的特定的部位。選擇零矢量是遵循功率開關(guān)次數(shù)最小原則，由此得到：T0=TpwmT1T2，光電編碼器在電機(jī)控制中的應(yīng)用：電機(jī)的位置檢測(cè)在電機(jī)控制中是十分重要的，特別是需要根據(jù)精確轉(zhuǎn)子位置控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的應(yīng)用場(chǎng)合，如位置伺服系統(tǒng)。所以要產(chǎn)生三相正弦波電壓，可以利用以上電壓向量合成的技術(shù)，在電壓空間向量上，將設(shè)定的電壓向量由U4(100)位置開始，每一次增加一個(gè)小增量，每一個(gè)小增量設(shè)定電壓向量可以用該區(qū)中相鄰的兩個(gè)基本非零向量與零電壓向量予以合成，如此所得到的設(shè)定電壓向量就等效于一個(gè)在電壓空間向量平面上平滑旋轉(zhuǎn)的電壓空間向量，從而達(dá)到電壓空間向量脈寬調(diào)制的目的。矢量Uref在T時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的積分效果值和Ux、Uy、U0分別在時(shí)間Tx、Ty、T0內(nèi)產(chǎn)生的積分效果相加總和值相同。圖210電壓空間矢量圖 其中非零矢量的幅值相同（模長為2Udc/3），相鄰的矢量間隔60度，而兩個(gè)零矢量幅值為零位于中心。這八個(gè)矢量和就稱為基本電壓空間矢量，根據(jù)其相位角的特點(diǎn)分別命名為U000、U0、U60、U1U180、U2U300、U111，其中U000和U111稱為零矢量。圖29逆變電路由于逆變器三相橋臂共有6個(gè)開關(guān)管，為了研究各相上下橋臂不同開關(guān)組合時(shí)逆變器輸出的空間電壓矢量，特定義開關(guān)函數(shù) Sx ( x = a、b、c) 為：(Sa、Sb、Sc)的全部可能組合共有八個(gè)，包括6個(gè)非零矢量 Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和兩個(gè)零矢量 U0(000)、U7(111)，下面以其中一種開關(guān)組合為例分析，假設(shè)Sx ( x=a、b、c)= (100)，此時(shí)： （）求解上述方程可得：Uan=2Ud /UbN=U d/UcN=Ud /3。的三相平面靜止坐標(biāo)系上，可以定義三個(gè)電壓空間矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t)，它們的方向始終在各相的軸線上，而大小則隨時(shí)間按正弦規(guī)律做變化，時(shí)間相位互差120176。兩個(gè)矢量的作用時(shí)間在一個(gè)采樣周期內(nèi)分多次施加，從而控制各個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，使電壓空間矢量接近按圓軌跡旋轉(zhuǎn)，通過逆變器的不同開關(guān)狀態(tài)所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近理想磁通圓，并由兩者的比較結(jié)果來決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，從而形成PWM 波形。SVPWM 的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)通過對(duì)基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。圖28三相逆變器異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主電路原理圖 開關(guān)工作狀態(tài):如果圖中的逆變器采用180176。這樣電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軌跡問題就可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡問題。 （） 其中 Ψm是磁鏈Ψs的幅值，wW1為其旋轉(zhuǎn)角速度。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不是很低時(shí)，定子電阻壓降在式（）中所占的成分很小，可忽略不計(jì)，則定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為： （） （） 磁鏈軌跡:當(dāng)電動(dòng)機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\(yùn)動(dòng)軌跡呈圓形（一般簡稱為磁鏈圓）。當(dāng)某一相電壓為最大值時(shí)，合成電壓矢量 us 就落在該相的軸線上。合成空間矢量：由三相定子電壓空間矢量相加合成的空間矢量us是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變，是每相電壓值的3/2倍。 空間矢量的定義 交流電動(dòng)機(jī)繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時(shí)間變化的，分析時(shí)常用時(shí)間相量來表示，但如果考慮到它們所在繞組的空間位置，也可以如圖所示，定義為空間矢量uA0，uB0，uC0。以上即是永磁同步電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系下的數(shù)學(xué)模型。由式()和式()得到永磁同步電機(jī)在dq坐標(biāo)系下的電流方程： ()其中、分別為定子電流在dq坐標(biāo)系下的分量，結(jié)合式()整理得 （） 永磁同步電機(jī)在dq坐標(biāo)系磁鏈方程 ()()、()電壓方程為： （） （） ()轉(zhuǎn)矩方程為： ()運(yùn)動(dòng)方程為： ()其中為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為轉(zhuǎn)矩負(fù)載。3）永磁同步電機(jī)在坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型在坐標(biāo)系下建立永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于分析永磁同步電機(jī)控制過程系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能都十分方便。由于假設(shè)轉(zhuǎn)子磁鏈在氣隙中呈正弦分布，根據(jù)圖21及圖222可知： ()另外，對(duì)于星形接法的三相繞組，根據(jù)基爾霍夫（Kirchhoff）定律有 ()聯(lián)合式（）、式（）和式（）整理可以得到： （） 2）永磁同步電機(jī)在坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 （）根據(jù)坐標(biāo)變換理論，對(duì)用此同步電機(jī)在ABC坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行3s2s的坐標(biāo)變換，就可以得到在αβ坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。下面介紹永磁同步電機(jī)在各個(gè)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型：1）永磁同步電機(jī)在ABC坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型對(duì)于三相繞組電動(dòng)機(jī)，在忽略了內(nèi)部繞組電容的前提下，其電壓矢量和磁鏈?zhǔn)噶浚? () () 其中：為定子電壓矢量，和，分別表示定子電阻和定子電感，和分別表示定子磁鏈?zhǔn)噶亢娃D(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶浚硎径ㄗ与娏?。由圖可見，、和、之間存在下列關(guān)系圖25兩相靜止和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與磁動(dòng)勢(shì)（電流）空間矢量 ()寫成矩陣形式，得式中 () 是兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣。在圖25中，d、q軸和矢量（）都以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，分量、的長短不便，相當(dāng)于d、q繞組的直流磁動(dòng)勢(shì)。兩相交流電流、和兩個(gè)直流電流、產(chǎn)生同樣的以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的合成磁動(dòng)勢(shì)。兩相定子坐標(biāo)系與兩相轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換(2s2r)圖23是兩相坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，簡稱2s2r變換，其中s表示靜止，r表示旋轉(zhuǎn)。設(shè)三相繞組每相有效匝數(shù)為N3，兩相繞組每相有效匝數(shù)為N2，各相磁動(dòng)勢(shì)為有效匝數(shù)與電流的乘積，其空間矢量均位于有關(guān)相的坐標(biāo)軸上。該坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子一起在空間以轉(zhuǎn)子速度旋轉(zhuǎn)，故相對(duì)于轉(zhuǎn)子來說，此坐標(biāo)系是靜止的，又稱為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。因此可以將兩相坐標(biāo)系代替三相定子坐標(biāo)系進(jìn)行分析，從而達(dá)到簡化運(yùn)算的目的。圖 21 三相定子坐標(biāo)系（2）定子靜止直角坐標(biāo)系(坐標(biāo)系)為了簡化分析，定義一個(gè)定子靜止直角坐標(biāo)系即坐標(biāo)系(圖22)，其α軸與A軸重合，軸超前β軸900。當(dāng)定子通入三相對(duì)稱交流電時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。坐標(biāo)系以及坐標(biāo)變化在本文中，將涉及到以下幾種，對(duì)其進(jìn)行一一介紹。在永磁同步電機(jī)動(dòng)態(tài)過程中存在永磁體與繞組、繞組與繞組之間的相互影響，電磁關(guān)系十分復(fù)雜，要精確建立永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型十分困難。電機(jī)控制的目的是產(chǎn)生圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，所以SVPWM 控制技術(shù)比較適合于電機(jī)控制。SVPWM 控制是針對(duì)形成旋轉(zhuǎn)的圓形磁場(chǎng)提出的，其基本思想是把電動(dòng)機(jī)和PWM控制逆變器作為一個(gè)整體，通過選擇逆變器的不同開關(guān)模式，使的電機(jī)定子繞組產(chǎn)生圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。矢量控制的公共坐標(biāo)系通常以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向來建立的，因而矢量控制也可以稱之為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制。矢量變換控制的實(shí)質(zhì)是：以從電機(jī)真實(shí)物理模型建立起來的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，經(jīng)過一系列的坐標(biāo)變換，將原來的數(shù)學(xué)模型變換成公共旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的等效兩相模型（dq模型），然后通過對(duì)公共坐標(biāo)系統(tǒng)中相關(guān)矢量進(jìn)行獨(dú)立控制，最后利用坐標(biāo)反變換獲得三相靜止坐標(biāo)系中的控制量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。針對(duì)永磁同步電機(jī)，控制策略主要有矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，本節(jié)主要介紹矢量控制策略。 永磁同步電動(dòng)機(jī)分類方法較多：按工作主磁場(chǎng)原理方向的不同，可分為徑向磁場(chǎng)式和軸向磁場(chǎng)式；按電樞繞組位置不同，可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式；按轉(zhuǎn)子上有無啟動(dòng)繞組，可分為無啟動(dòng)繞組的電動(dòng)機(jī)和有啟動(dòng)繞組的電動(dòng)機(jī)(又稱為異步啟動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī))；根據(jù)極對(duì)數(shù)的不同，永磁同步電機(jī)可分為單極和多極；根據(jù)磁通分布或反電動(dòng)勢(shì)波形，可分為永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)。(2)綠色化發(fā)展?？刂撇呗缘倪x擇上是PID控制，傳統(tǒng)的數(shù)字PID控制是一種技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的控制算法，其結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便。矢量控制的基本思想是在普通的三相交流電動(dòng)機(jī)上設(shè)法模擬直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律，在磁場(chǎng)定向坐標(biāo)上，將電流矢量分解成為產(chǎn)生磁通的勵(lì)磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量，并使得兩個(gè)分量互相垂直，彼此獨(dú)立，然后分