【正文】 C坐標(biāo)系 ) 三相定子坐標(biāo)系是以彼此相差 120? 的永磁同步電機(jī)的三相定子繞組軸線 A、 B、 C為坐標(biāo)軸構(gòu)成的 ， 又稱 ABC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(jì) 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè) 3 坐標(biāo)系 (? 軸逆時(shí)針超前 ? 軸 90? )。 3． 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 (dq坐標(biāo)系 ) 前面的 ABC坐標(biāo)系和 ??? 坐標(biāo)系都是靜止不動(dòng)的，而 dq坐標(biāo)系卻是固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，同轉(zhuǎn)子一起以同步角頻率 ? 旋轉(zhuǎn)，因此稱為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；如圖 21所示，其兩坐標(biāo)軸分別為 d、 q，空間位置相差 90? (q軸逆時(shí)針超前 d軸 90? )。 坐標(biāo)變換及變換矩陣 目前，對(duì)交流電機(jī)的控制主要是在三相交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制規(guī)律進(jìn)行的分析和研究；從而將直流電動(dòng)機(jī)的控制方法移植到交流電動(dòng)機(jī)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。由以上原則推導(dǎo)出三種坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系如下 1112 223 33022abcFFFFF???? ???????? ????? ???? ??? ?????? ﹙ 21﹚ c o s s ins in c o sdqF FF F???????? ??????? ??????? ???? ﹙ 22﹚ 22c os c os c os3323 22si n si n si n33adbqcFFFFF??? ? ???? ? ?? ? ? ??? ??? ? ? ??? ? ? ? ? ????? ??? ? ? ?????? ? ? ? ???? ? ? ? ??? ? ? ??? ﹙ 23﹚ 式中 ? 是 d軸與 ? 軸之間的夾角； F為電壓、電流與磁鏈等矢量，其中式 (21)就是通常所謂的 Clark變換，式 (22)則是通常所謂的 Park變換。 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè) 4 注意：當(dāng)各物理量由三相變換到兩相時(shí)，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(gè)物理量的正方向和原定子三相繞組的規(guī)定相同 。由于永磁同步電機(jī)的各物理量之間復(fù)雜的電磁耦合合關(guān)系，以及飽和等非線性的影響，使得 PMSM的建模非常困難。 (2)假定永磁材料的電導(dǎo)率等于零 ， 不計(jì)電機(jī)繞組漏感。 (4)不計(jì)磁場(chǎng)的高次諧波，定轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)看成正弦分布的。在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(jī)數(shù)學(xué)模型中的參數(shù)變成常數(shù)，有 利于我們進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；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(jì)永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)。 從式 (28)可以看出，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩由兩部分組成，第一部分是與 q軸電流如成正比的永磁轉(zhuǎn)矩 ；第二部分是與 d、 q軸電流的乘積成正比的磁阻轉(zhuǎn)矩，它是由于 d、 q軸同步電感的不同而引起的。若使兩相 d， q坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)子磁鏈同步旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)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(lì)磁分量 sdi 和轉(zhuǎn)矩分量 sqi 獨(dú)立控制，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鏈幅值保持恒定時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子磁鏈的解耦控制。首先，根據(jù)檢測(cè)到的電機(jī)轉(zhuǎn)速和輸入的參考轉(zhuǎn)速。通過相電流檢測(cè)電 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè) 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?？刂菩盘?hào)再通過 Park逆變換送到三相逆變器 ， 從而得到控制定子三相對(duì)稱繞組的實(shí)際電流。 永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)至少需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)定子任意兩相的相電流，電流信號(hào)首先要轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)才能對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和處理。1V之內(nèi)，最后再加上 +2V的直流偏置電壓，使輸出為 1～ 3V間變化的模擬電壓信號(hào)，并在輸出端加上 +3V穩(wěn)壓二極管，以確保 DSP輸入不超過 +3V。由于 TMS320F2407的最大允許輸入電壓為 ，因此我們一方面要確保采樣信號(hào)電壓不能超過 ，又由于經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)調(diào)試，發(fā)現(xiàn) DSP自帶 A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)于 0～ 1V之PI PI d,q ? , ??? SVPWM 三相 逆變器 d,q ? , ? ? ,? a,b,c PMSM 電機(jī) PI 位置與速度 傳感器 傳感器信息 _ _ _ n e? Park 變換 sqi sdi si? si? Clark 變換 ai bi sqrefi sqrefv srefv? DCV Park 逆變器 sdrefv sdrefv s refv? 圖示 31 矢量控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖 refn 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) 永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè) 7 間的電壓信號(hào)不敏感，精確度較底，因此采用將 +10mA的電流信號(hào)通過采樣電阻轉(zhuǎn)換為 177。 ADCINl： A相電流采樣； ADCINlO： B相電流采樣。 如圖 32， 33分別為 A相電流檢測(cè)電路和 二階濾波及直流偏置電路 圖 32 A相電流檢測(cè)電路 圖 33 二階濾波及直流偏置電路 電壓的檢測(cè) 常用的電壓檢測(cè)方法有光電耦合直接檢測(cè)法和電壓傳感器檢測(cè)法。 電壓檢測(cè)電路原理如圖圖 34所示。由于經(jīng)電阻分壓獲得的電壓具有高頻諧波分量，瞬間峰值電壓有可能會(huì)超過 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入的范圍，況且電壓還是有極性的，因此需要將此信號(hào)通過低通濾波器濾除諧波分量，然后經(jīng)偏置電路將正負(fù)極性電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為 0～ +3V 單極性電壓信號(hào)。放大后的電壓必須經(jīng)過光耦隔離后才能送入 DSP 的 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)子初始位置信息是電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)運(yùn)行的前提，也是控制算法正確實(shí)施的必要條件，不但是有位置傳感器調(diào)速系統(tǒng)中一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，也是無位置傳感器調(diào)速系統(tǒng)中要解決的關(guān)鍵問題。 在這里采用 基于 位置傳感器完成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)， 也就是用 信號(hào)發(fā)生器、旋變數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置配合旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量轉(zhuǎn)子位置 。外部高頻率信號(hào)施加在激磁繞組上，輸出繞組輸出的電壓是經(jīng)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角調(diào)制后的高頻模擬信號(hào)。對(duì)電機(jī)位置進(jìn)行檢測(cè)的旋變通常為無刷結(jié)構(gòu)正余弦型的旋變，其結(jié)構(gòu)如圖 35所示。 圖 35 旋轉(zhuǎn)變壓器 接線圖 外部提供的激磁電壓120 sin 2R R mu u u ft????經(jīng)過滑環(huán)提供給轉(zhuǎn)子繞組，定子二相繞組互差 90? ，它們同轉(zhuǎn)子繞組之間的夾角 ? 隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而變化，使得定子繞組感應(yīng)出的端電壓隨之變 化。定子繞組輸出的端電壓是經(jīng)過轉(zhuǎn)子位置