略是矢量控制，其是经过多次的坐标变换，将交流电动机电流矢量解耦成类似于直流电动机的励磁转矩分量，实现对交流电动机磁场分量和转矩分量的完全解耦控制，从而获得类似于直流电动机的控制效果，因此使得采用矢量控制的永磁同步电动机调速系统具有优异的控制性能，使永磁同步电动机不论运行在低速区还是在高速区，其动静态性能均达到直流调速系统的水平。继矢量控制技术后出现了的另种高性能交流调速控制技术直接转矩控制，它结合空间矢量分析的方法，采用定子磁场定向，并借助于滞环控制器的离散两点式调节控制，直接对逆变器的开关状态进行最佳选择控制，从而使获得转矩的高动态响应性能。但使用直接转矩控制策略控制的永磁同步电动机，其不仅启动比较困难，而且在启动及负载变动过程中电流冲击较大，并伴随较大磁链及转矩的脉动。因此，直接转矩控制技术只适用于调速范围较窄，对转矩脉动要求不高的场合。综上所述，选用矢量控制技术的永磁同步电动机伺服控制系统，不仅能够克服同步电动机标量控制与直接转矩控制的缺点，而且使永磁同步电动机的调速范围抗扰特性启制动特性稳速特性均达到直流调速系统的水平。另外，矢量控制技术对系统处理的实时性快速性要求很高，而近年来出现的各种高速微处理芯片以及高集成度模块，如具有丰富的外设资源和高速数据处理能力的数字信号处理芯片和保护功能完备容量较大开关频率较高的模块，则为矢量控制系统提供了完备的硬件保证，从而使得复杂的电机控制算法能够实时高效地实现。由于自身的特点，使其引起了人们广泛关注。而矢量控制技术则直以结构简单稳定性好动态响应快而著称，近年来得到了飞速的发展。近几年来国内不少高校对及矢量控制系统进行了深入研究，但是国内外产品在实用化方面却存在着较大的差距。因此，结合国内在矢量控制系统领域理论研究较多系统实现较少的现状，将其侧重点放在系统的基本实现上，研究设计出套能够实现矢量控制的完备的软硬件平台，使基于矢量控制技术的伺服系统的国产化商品化，对国民经济建设具有重要而深远的现实意义。本文最终提出了基于的全数字式永磁同步电动机矢量控制方案，并建立套仿真和实验平台，从而为永磁同步电动机拄制系统的开发和应用奠定了基础。永磁同步电动机调速系统的特点交流永磁同步电动机控制系统由控制器和电机组成，它与其它电机控制系统的区别主要体现在电机上。因此，为便于了解永磁同步电动机控制系统的特点，有必要先了解下电机的基本结构。永磁同步电动机，简称是从绕线式转子同步伺服电动机发展而来的。其表面分为表面式永磁同步电机和内嵌式永磁同步电机，其定子和普通的绕线式伺服电动机样，而转子则采用强抗退磁的永磁磁钢代替电励磁，见图，具有体积小重量轻效率高转子无发热的优点，结构简单，坚固耐用控制也比较简单，并且转矩控制特性好。及其控制技术发展的概况的发展概况出现于世纪年代的世界首台电机，其励磁磁场就是由永磁体产生的。但由于当时用的永磁材料为天然的磁铁矿石，不仅磁能密度低，而且用它制成的永磁体电机体积庞大，使其不久便被电励磁电机所取代。直至上世纪年代初，由于永磁材料的日渐发展，才因功率密度高体积小和效率高等显著特点引起电机本体设计及电机驱动研究人员的高度重视。特别是年问世钕铁硼永磁材料，由于具有低廉的成本优异的磁能特性和充足的原材料等原因，便引起了世界各国的广泛关注，并进行了无数的研究和应用研究工作。可以预测不久的将来，永磁材料将成为首选的永磁材料。另外，由于我国稀土材料资源丰富，其蕴藏量占全世界总量以上，因而在开发应用高性能稀土永磁材料方面拥有得天独厚的条件。从上世纪年代以来，随着永磁材料的性能不断提高，特别是永磁材料的性能逐步改善，价格的逐步降低，还有电力电子器件的日渐发展，使得对稀土永磁电机的研究进行了全新的阶段。在稀土永磁电机的理论设计结构工艺计算方法和驱动控制策略等方面的研究出现了很大的突破，形成了以等效磁路解析和电磁场数值计算相结合的分析方法和计算机分析软件。目前永磁电机不仅覆盖了微小以及中型的功率范围，而且扩展至大功率领域。此外，永磁材料的优异的磁能特性轻量化体积小等特点，给永磁同步电动机带来如下特点电机结构简单坚固耐用体积小重量轻电磁转矩波动小静态特性良好动态响应快，过载能力强低损耗高效率节约能源等等。因此，应用范围异常广泛，遍及兵器国防航空航天工农业生产建设和人们的日常生活。而且将会延续目前良好的发展势头，必将在各个领域获得广泛的应用。控制技术发展的概况从二十世纪八十年代后期开始，随着世界上现代工业的高速发展，使得其对工业设备的重要驱动源调速系统提出了更高的要求，研究和制造出高性能永磁同步电动机调速系统已成为国内外研究人员的共识。近年来，他们从提高调速系统性能出发，进行了长时间的深入研究，取得大量重要的研究成果。永磁同步电动机伺服驱动技术是门涵盖了多种学科的综合性技术，自世界上第台伺服控制系统出现以来，伺服驱动技术就在直不断发展，尤其是各种现代控制理论的产生和广泛应用，方面为高性能伺服驱动系统的研制提供了理论依据，另方面也使高性能伺服系统实现全数字化智能化和微型化成为可能。纵观控制系统的研究现状，其控制策略分为矢量控制技术和直接转矩控恢复到在值上下小幅度波动状态。根据以上分析可知，电机能够快速启动，转矩稳定，且能够控制直轴电流在接近零值的较小范围内波动，电流解耦程度良好，较好地实现了的控制方案。为了分析控制系统的低速性能，控制电机运行在，由于电机使用的是线的混合式光电编码器检测位置信号，其转速根据反馈的位置脉冲信号通道算法在软件上计算得到，无法得到转速直观波形。但此时电机的的位置脉冲却间接反映了电机转速，可通过该脉冲周期计算得到转速大小。如图示，当电机运行在时，每内返回个的脉冲信号，故脉冲信号周期为，观测图其脉冲周期符合计算值。图为给定转速为，负载转矩为时，相电流和相阻容滤波后的马鞍波波形。从图中可以看出，电流的正弦度较好，且相马鞍波和相电流的相位致。图为负载转矩变化时电机转矩和电流响应波形。当负载转矩突然由增加到时，转矩在加载的瞬间有个较大的阶跃，过渡时间小于，转矩基本没有超调，转矩脉动没有增大。电流随着负载转矩的增加也迅速增加，并迅速进入稳态，电流波形没有畸变。图为恒定转矩，给定转速突变时的电机转速转矩响应波形。从图中可以看出，在给定转速突变时，转矩波形经短暂波动后即可回复至稳定值，而反馈转速波形几乎垂直变化到给定值，过渡时间不超过。这些说明系统在时具有较强的动态响应能力和抗干扰能力。由以上的分析可以看出，本文所设计的永磁同步电动机矢量控制系统具有控制精确较高，转矩脉动较小，动态响应性较好，抗干扰能力较强等特点。本章小结通过对设计的矢量控制系统进行实验测试分析表明，本系统设计合理且具有良好的控制性能，从而为今后进步改进和研究高性能的永磁同步电动机调速系统奠定了基础。结论本文在查阅大量文献的基础上，对永磁同步电机及其控制系统的国内外发展现状作了总结和概括。同时以公司的控制器为主控芯片设计了套高性能永磁同步电动机矢量控制系统。在本课题的研究与开发过程中，主要完成了以下工作首先介绍了永磁同步电机结构及其数学模型接着深入研究了永磁同步电动机矢量控制的工作原理及其电流控制方法，确定电流反馈控制的系统结构，分析电流解耦环节的主要影响因素并给出解决办法。然后，详细叙述了空间矢量脉宽调制的基本原理及其具体实现方法。介绍了滑模变结构的基本原理，并针对变结构控制系统中的抖振问题设计了滑模变结构组合速度环控制器。并在以上在理论研究的基础上，建立了基于的永磁同步电机控制系统仿真模型，通过仿真实验验证了系统设计的正确性，为实际系统的设计和分析打下了基础。在仿真实验的基础上，完成了以为系统控制核心的永磁同步电机控制系统的软硬件设计，并对控制系统的硬软件主要组成部分功能结构分别进行设计分析，其中在软件设计中详细分析了三种测速算法的优劣和韧始位置角的具体检测方法。在以上设计的基础上试制了套永磁同步电动机控制系统装置，最后通过对实验结果的分析表明，本系统设计合理且具有良好的控制性能，从而为今后进步改进和研究高性能的永磁同步电动机调速系统奠定了基础。对于本课题的全面展开，以下工作还有待于进步改进和研究软件方面设计更简洁，程序更加模块化实现无速度传感器矢量控制调速系统将现代控制理论应用到控制系统中实现弱磁控制采用死区补偿策略。参考文献高景德，王祥珩，李发海，交流电机及其系统的分析北京清华大学出版社，李钟明，稀土永磁电机北京国防工业出版社，陈荣，严仰光交流永磁伺服系统控制策略研究电机与控制学报李烨，严欣平永磁同步电动机伺服系统研究现状及应用前景微电机,徐惠明，交流永磁伺服系统的现状与发展电气时代王成元，夏加宽，杨俊友电机现代控制技术北京机械工业出版社，骆再飞等，交流伺服系统及先进控制策略综述机床与液压寞汝振高性能永磁交流伺服系统及其新型控制策略的研究天津天津大学陈坚，交流电机数学模型及调速系统北京国防工业出版社，汤蕴瑶，史乃电机学北京机械工业出版社，许大中交流电机调速理论浙江浙江大学出版社，刘晏基于的交流永磁同步电动机伺服系统及其智能控制研究天津天津大学，毛鸿，吴兆麟基于三相整流器的无死区空间矢量调制策略，中国电机工程学报曾朝晖永磁同步电机矢量控制策略研究南京东南大学，陈伯时，陈敏逊交流调速系统北京机械工业出版社，王晓明，王玲电动机的控制公司应用北京北京航空航天大学出版社，许强，贾正春，李朗如，新型全数字交流伺服系统微电机许强，贾正春，李朗如永磁同步电动机数字化电流控制方法华中理工大学学报胡崇岳现代交流调速技术北京机械工业出版社，秦忆现代交流伺服系统武汉华中理工大学出版社，高波，杨宏，王炎，永磁交流伺服电机的电流相位控制哈尔滨工业大学学报，陈荣，邓智泉，严仰光永磁同步伺服系统电流环的设计南京航空航天大学学报刘伟关于矢量控制电流环复合控制的应用设计控制系统。敖然，肖岚，朱德明，严仰光永磁同步伺服系统电流环的研究电力电子技术吴茂刚，赵荣祥，汤新舟正弦和空间矢量逆变器死区效应分析与补偿中国电机工程学报王英剑，常敏慧，何希才新型开关电源实用技术北京电子工业出版社孙建忠白风仙特种电机及其控制北京中国水利水电出版社，马志源电力拖动控制系统北京科学