永磁無(wú)刷直流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)40論文41

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)摘 要電動(dòng)汽車(chē)具有清潔無(wú)污染， 能源來(lái)源多樣化， 能量效率高等特點(diǎn)， 可以解決能源危機(jī)和城市交通擁堵等問(wèn)題。 電動(dòng)車(chē)作為國(guó)家 “十二五規(guī)劃” 重點(diǎn)發(fā)展的節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目，獲得了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。 無(wú)刷直流電機(jī)用電子換向裝置取代了普通直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝置，消除了普通直流電機(jī)在換向過(guò)程中存在的換向火花， 電刷磨損，維護(hù)量大，電磁干擾等問(wèn)題，成為了電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主流選擇。本文將采用基于空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)（ SVPWM）的正弦波驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)的方法來(lái)解決方波控制下的無(wú)刷直流電機(jī)啟動(dòng)抖動(dòng)明顯， 動(dòng)矩脈動(dòng)大，噪聲大等問(wèn)題?？刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)了永磁無(wú)

2、刷直流電機(jī)在不同負(fù)載下低轉(zhuǎn)矩紋波， 運(yùn)動(dòng)平滑，噪音小，啟動(dòng)迅速，效率高的運(yùn)行效果。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：1. 對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型與矢量控制工作原理分析， 首先對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)本體及數(shù)學(xué)模型分析， 接著對(duì)矢量控制坐標(biāo)變換和空間電壓矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。2. 電動(dòng)汽車(chē)用永磁無(wú)刷直流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)， 首先分析電動(dòng)汽車(chē)用永磁無(wú)刷直流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 最后將電動(dòng)汽車(chē)用永磁無(wú)刷直流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)用MatlabSimulink仿真。關(guān)鍵詞： 電動(dòng)汽車(chē)，無(wú)刷直流電機(jī)，矢量控制，SVPWM，SimulinkABSTRACTElectric Vehicleand it ca

3、n supply with diversify energy sources.Alsoit senergyefficientissolvetheproblemsofglobalenergycrisisincreasingand city s trafficjam. ElectricVehicleiswidelydevelopedandappliedwhichiscalledasa nationalfiveyearsplan focusedondevelopment of energy conservation and environment protection projects.Thebru

4、shless DC motor with electronic commutator which replaces the normal DCmotor mechanical switchbackunitemerged,and iteliminatesa few problems suchascommutationsparks,brushwear,alargeamountofmaintenance,electromagnetic interference and so on,becoming the mainstreamselection of the Electric Vehicle dri

5、ve motor selection.The paper adopted the sinusoidalcurrentdrivebased on space vectorpulsewith modulation(SVPWM) method was proposed to solve the problems of startshaking,largetorquerippleand loudnoiseof brushlessdirectcurrentmotorunderthecontrolofsquare-wave.Thecontrolsystemenabled BLDCMwithdifferen

6、t load operating in the condition of the low torque ripple smoothrotation ,low noise and studies were as follows:(1)Analyzing the mathematical model of BLDCM and the principle of thevectorcontrol.firstly,toanalyze the ontologyoftheBLDCMand mathematicalmodel,then analyze the vector control coordinate

7、 transformation and theoryof space vector pulse width modulation.(2)Electric vehicles with a permanent magnet brushless dc motor vectorcontrol system implementation. Firstly analyzethe electric car with apermanent magnet brushlessdc motor vectorcontrolsystem structure, finallyto the electric car wit

8、h permanent magnet brushless dc motor vector control system with MatlabSimulink.KEY WORDS:Electric Vehicle,BLDCM,Vector control,SVPWM,Simulink第一章緒論 .51.1課題研究的背景和意義 .5第二章無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理以及數(shù)學(xué)模型.94.4SVPWM 的具體實(shí)現(xiàn)方法 .344.3.1電壓空間矢量的空間位置 .344.3.2電壓空間矢量的合成 .35第一章緒論1.1課題研究的背景和意義燃油汽車(chē)在經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展之后已經(jīng)非常成熟丁，它使用方便、價(jià)格低廉，

9、性能良好。但隨著燃油汽車(chē)的發(fā)展，汽車(chē)尾氣的污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。日前，全世界擁有各類(lèi)汽車(chē)約 5 億輛，年消耗燃油約 7 億噸，排放的有害物質(zhì)超過(guò) 2 億噸，約占空氣污染總量的 61。燃油汽車(chē)使用的燃料來(lái)自于石油，而石油足有限的不可再生資源，作為全世界重要的化工資源的石油被世界各國(guó)在汽車(chē)上大量地消耗，據(jù)近年的有關(guān)石油的國(guó)際會(huì)議估計(jì)，全世界探明的石油儲(chǔ)量在未來(lái)50 年內(nèi)即可用完。調(diào)查顯示，截止 2013 年底，我國(guó)年機(jī)動(dòng)車(chē)保有量接近 3 億輛，與 1980 年相比增加了近 30 倍。隨著機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的快速增加。機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放污染物對(duì)空氣的影響越來(lái)越嚴(yán)重， 給區(qū)域和城市的環(huán)境帶來(lái)巨大的壓力。另一方面，

10、城市交通擁堵問(wèn)題己成為阻礙我國(guó)許多城市發(fā)展的重要問(wèn)題。據(jù)調(diào)查，全國(guó)幾乎所有城市汽車(chē)保有量都在不斷增加，大量的機(jī)動(dòng)車(chē)導(dǎo)致中心城區(qū)車(chē)流高峰期越演越烈，給城市居民出行帶來(lái)嚴(yán)重不便，大、中型城市這種現(xiàn)象猶為脫出，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致大面積交通堵塞，交通事故頻發(fā)。長(zhǎng)期以往，必將影響城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高。而隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化步伐的加快，老百姓對(duì)交通工具的需求也與日劇增。電動(dòng)汽車(chē)具有清潔無(wú)污染、能量來(lái)源多樣化、能量效率高的特點(diǎn)：同時(shí)電動(dòng)汽車(chē)在改善交通安全以及道路使用等問(wèn)題上，又便于實(shí)現(xiàn)智能化的管理。固此，電動(dòng)汽車(chē)已成為世界各國(guó)的研究熱點(diǎn)。我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展與世界其他國(guó)家相距甚遠(yuǎn)，電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)為我國(guó)在新的起

11、點(diǎn)上趕上世界先進(jìn)水平提供了一個(gè)不可多得的大好時(shí)機(jī)。電動(dòng)汽車(chē)的研制也有利于促進(jìn)高科技的發(fā)展、新興丁業(yè)的興起以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，電動(dòng)汽車(chē)的研制對(duì)我國(guó)具有特別重要的意義。隨著能源危機(jī)和城市交通擁擠的加劇， 電動(dòng)車(chē)作為國(guó)家 “十二五規(guī)劃” 重點(diǎn)發(fā)展的節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目，獲得了廣泛應(yīng)用和發(fā)展。在上述形勢(shì)下，發(fā)展電動(dòng)車(chē)輛是必然趨勢(shì)，也是符合綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展的客觀需求。項(xiàng)目提出的目標(biāo)是：要提高我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)及相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新能力， 培育一支具有汽車(chē)產(chǎn)品自主開(kāi)發(fā)能力的隊(duì)伍， 并充分利用社會(huì)各方面的科技資源， 在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中搶占新一代汽車(chē)技術(shù)制高點(diǎn)， 促進(jìn)我國(guó)汽車(chē)工業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。永磁無(wú)刷直流電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

12、、可靠性高、效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。電動(dòng)車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)良直接影響著整車(chē)的安全性、舒適性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。因此研究更加可靠舒適、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)的電動(dòng)車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)勢(shì)在必行。1.2永磁無(wú)刷直流電機(jī)發(fā)展與現(xiàn)狀1955 年美國(guó) DH枷 son 等人首次申請(qǐng)了用晶體管換相電路代替機(jī)械電刷的專利，標(biāo)志著現(xiàn)代無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的誕生。 1964 年，它被美國(guó)航空航天局應(yīng)用于衛(wèi)星姿態(tài)控制、太陽(yáng)能電池板的跟蹤控制等領(lǐng)域。 1978 年，當(dāng)時(shí)的 M秈 esmaIlIl 公司 MAC經(jīng)典無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)問(wèn)世， 電子換相式無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。 一直以來(lái)，

13、各國(guó)學(xué)者對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)本體進(jìn)行了深入的研究， 先后成功研制方波直流永磁無(wú)刷電機(jī)和正弦波直流永磁無(wú)刷電機(jī) ( 被稱為新一代的永磁同步電機(jī) ) 。由于電機(jī)的永磁體、電機(jī)控制技術(shù)、 電力電子技術(shù)尤其是功率開(kāi)關(guān)器件的技術(shù)進(jìn)步， 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的發(fā)展日新月異。 50 年來(lái)，它被逐步推廣到軍工裝備、工業(yè)、民用控制等領(lǐng)域，現(xiàn)已成為最具發(fā)展前途的電機(jī)產(chǎn)品。 近三十年， 特別是改革開(kāi)放以后， 由于出口和內(nèi)需的拉動(dòng)，以及外資企業(yè)的進(jìn)入和國(guó)內(nèi)企業(yè)的高速發(fā)展， 我國(guó)對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)技術(shù)的研究也緊跟時(shí)代的腳步。自從上個(gè)世紀(jì) 80 年代初開(kāi)始，國(guó)家科研院所、企業(yè)研發(fā)部門(mén)及部分高校的科研工作者就開(kāi)始對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)

14、及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。隨著改革開(kāi)放以來(lái)工業(yè)生產(chǎn)及民用設(shè)備對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)需求逐漸增加， 其控制技術(shù)也得到了快速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)也已經(jīng)成型。永磁無(wú)刷直流電機(jī)采用永磁轉(zhuǎn)子， 其轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)專門(mén)的磁路設(shè)計(jì)， 使電機(jī)可以獲得梯形波的氣隙磁場(chǎng)。 電機(jī)不采用機(jī)械式換向器和電刷， 而是采用由固態(tài)逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器組成的電子換向器。 位置傳感器用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)予在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位置，并將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 保證各相繞組的正確換流。 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，直接將方波電流輸入永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的定子中， 控制永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是效率高，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，高速操作性

15、能好，無(wú)電刷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，免維護(hù)或少維護(hù)，體積小質(zhì)量輕，但會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，電流損耗大，工作噪聲大。電動(dòng)車(chē)的大量使用極大帶動(dòng)永磁無(wú)刷直流電機(jī)的發(fā)展， 同時(shí)，也對(duì)永磁無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)提出了更高的要求。 對(duì)比一般工業(yè)及民用家電用永磁無(wú)刷直流電機(jī)的控制技術(shù)，電動(dòng)車(chē)用永磁無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)難度更大，對(duì)運(yùn)行安全性、駕駛舒適性、運(yùn)行效率要求都更高?；谶@些要求，國(guó)內(nèi)、外相關(guān)科研單位及企業(yè)對(duì)應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域的永磁無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行了深入的研究， 在傳統(tǒng)方波控制技術(shù)中加入改進(jìn)的 PI 調(diào)節(jié)控制、模糊控制及滑模變結(jié)構(gòu)控制等先進(jìn)技術(shù)。1.3矢量控制策略概述矢量控制理論以及基于磁場(chǎng)定向控制

16、技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)界得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)電機(jī)的控制其實(shí)就是對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制， 無(wú)刷直流電機(jī)磁場(chǎng)定向控制通過(guò)對(duì)交直軸電流分別控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的間接控制。 20 世紀(jì) 30 年代以來(lái)，交流電機(jī)理論在同步電機(jī)雙反應(yīng)原理、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換等理論基礎(chǔ)上逐步形成了交流電機(jī)的Park 方程，而后又由布朗進(jìn)一步建立了電機(jī)的同一理論，從理論上證明了交流電機(jī)與直流電機(jī)的同一性。 在這些理論研究基礎(chǔ)之上， 1971 年德國(guó)西門(mén)子公司 FBlaschke等與美國(guó) P CCustman 等幾乎同時(shí)提出了交流電機(jī)磁場(chǎng)定向控制的原理，經(jīng)過(guò)不斷的研究與實(shí)踐， 形成了現(xiàn)在獲得廣泛應(yīng)用的矢量控制系統(tǒng)。 矢量控制系統(tǒng)是通過(guò)坐

17、標(biāo)變換，把交流電機(jī)在按照磁鏈定向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上等效成直流電機(jī)， 從而模仿直流電機(jī)進(jìn)行控制，使交流電機(jī)的調(diào)速性能達(dá)到或超過(guò)直流電機(jī)的性能。 1972 年德國(guó)西門(mén)子公司的 Bayer 繼 F Blaschke 的異步電機(jī)磁場(chǎng)定向控制原理發(fā)表之后，提出了同步電機(jī)磁場(chǎng)定向控制原理。 矢量控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是有良好的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)， 精確的速度控制，零速時(shí)可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)載。 矢量控制基本思想是在普通交流電動(dòng)機(jī)上設(shè)法模擬直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方式， 通過(guò)電動(dòng)機(jī)外部的控制系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)電樞磁動(dòng)勢(shì)和勵(lì)磁磁場(chǎng)進(jìn)行空間定向控制， 即控制兩者的空間電角度。 若電樞電流矢量的幅值也能控制， 就可以獲得與直流電動(dòng)機(jī)同樣的調(diào)速性能。 矢

18、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(lái)數(shù)學(xué)模型經(jīng)過(guò)一系列矢量變換 (3S2S 變換、2S2R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(guò)對(duì)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。 矢量控制的目的是改善轉(zhuǎn)矩控制性能， 其最終實(shí)施則落到對(duì)定子三相電流的控制上。 由于定子側(cè)的各個(gè)物理量（電流、電壓、磁動(dòng)勢(shì)、電動(dòng)勢(shì)等）都是交流量，其空間矢量以相同轉(zhuǎn)速同步旋轉(zhuǎn)，直接對(duì)其控制、調(diào)節(jié)和計(jì)算都很不方便，因此，要借助坐標(biāo)變換將

19、定子側(cè)的各個(gè)物理量從三相靜止坐標(biāo)系變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中。從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系看，電機(jī)各空間矢量就變成了直流矢量， 繼而根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的形式，找到被控矢量（電壓或者電流）各個(gè)分量和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，就可以實(shí)時(shí)地計(jì)算出轉(zhuǎn)矩控制所需要的被控矢量的各個(gè)分量值。 控制系統(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。 但由于這些分量值是在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的， 而不是實(shí)際存在的物理量因此， 還須要經(jīng)過(guò)坐標(biāo)逆變換， 將其從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系中， 變換成系統(tǒng)可以實(shí)際操作的數(shù)據(jù) （電壓矢量或電流矢量），在三相靜止坐標(biāo)系上對(duì)交流量進(jìn)行控制， 使其實(shí)際值等

20、于給定值。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，對(duì)矢量控制理論的研究仍在繼續(xù)， 德日美三國(guó)走在世界前列。 日本在研究無(wú)速度傳感器方面較為先進(jìn)， 主要體現(xiàn)在結(jié)合了通用變頻器的應(yīng)用方面； 美國(guó)則是對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的識(shí)別進(jìn)行了深入地研究， 并且將模糊控制、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等一些智能控制技術(shù)應(yīng)用其中； 而德國(guó)則致力于大功率系統(tǒng)中矢量控制方法的應(yīng)用， 西門(mén)子公司已經(jīng)開(kāi)始在交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)等兆瓦級(jí)功率場(chǎng)合應(yīng)用矢量控制技術(shù)。 無(wú)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。 日本學(xué)者 Yamamura，Nabae 等

21、人借鑒了矢量控制的思想和方法，應(yīng)用穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)差頻率得出轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)位置的方法， 提出了轉(zhuǎn)差量控制方法。 該理論出發(fā)點(diǎn)是異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩主要由電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率來(lái)決定。 它以定子電流和頻率為控制量， 保持電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)大小不變，而改變磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)控制。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(lèi)：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。根據(jù)不同的控制對(duì)象，采用不同的電流控制模式，但在本質(zhì)上存在著共同點(diǎn)： 通過(guò)電流環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的間接控制。1.4論文研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排本文主要以電動(dòng)車(chē)用無(wú)刷直流電機(jī)矢量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)展開(kāi)研究，用Matl

22、abSimulink實(shí)現(xiàn)模擬仿真。主要內(nèi)容及章節(jié)安排如下：第一章為緒論。 主要介紹課題研究背景及意義， 介紹了無(wú)刷直流電機(jī)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，對(duì)矢量控制進(jìn)行了簡(jiǎn)介。第二章為無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理與數(shù)學(xué)模型，介紹了無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理，并且推導(dǎo)了無(wú)刷直流電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)方程。第三章為矢量控制坐標(biāo)變換， 主要對(duì)矢量控制理論及其數(shù)學(xué)推導(dǎo)、 坐標(biāo)變換進(jìn)行了分析和研究。第四章、第五章為無(wú)刷直流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)及仿真實(shí)驗(yàn)， 根據(jù)前幾章對(duì)理論的研究，結(jié)合推導(dǎo)的數(shù)學(xué)方程，建立 MATLABSIMULINK仿真模型，得出仿真結(jié)果，根據(jù)結(jié)果驗(yàn)證控制理論并對(duì)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明分析。第六章為全文的總結(jié)與展望。第二章無(wú)

23、刷直流電機(jī)的工作原理以及數(shù)學(xué)模型2.1無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)無(wú)刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體， 控制器和轉(zhuǎn)子傳感器組成， 是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。其框圖如圖：圖 2.1 無(wú)刷直流電機(jī)的構(gòu)成框圖電動(dòng)機(jī)主體直流無(wú)刷電機(jī)的電機(jī)本體的主要特點(diǎn)是采用永磁轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子磁鋼由稀土永磁材料構(gòu)成，具有較強(qiáng)的矯頑力和高密度的剩余磁通； 另一方面，稀土永磁材料的磁導(dǎo)率接近空氣，對(duì)電機(jī)直、交軸磁阻均較大，可以減小電樞反應(yīng)；而定子結(jié)構(gòu)則于交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的相似， 都是采用三相或二相繞組； 直流無(wú)刷電機(jī)的電機(jī)本體通常采用整距疊繞組制作定子繞組， 針對(duì)極對(duì)數(shù)較多的情況， 采用分?jǐn)?shù)槽繞組方式。 單一繞組的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比較大， 但是用戶一般對(duì)無(wú)

24、刷電機(jī)的轉(zhuǎn)矩要求較高， 通常為了獲得較為平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩而采用多相繞組結(jié)構(gòu)。 轉(zhuǎn)子由永久性磁材按一定偶數(shù)對(duì)的極對(duì)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。控制器控制器的功能是完成電子換向功能， 由功率邏輯開(kāi)關(guān)電源和位置傳感器信號(hào)處理單元組成，將檢測(cè)到的位置信號(hào)進(jìn)行處理，按照一定的邏輯順序去觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)器件，使電動(dòng)機(jī)本體產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。功率邏輯開(kāi)關(guān)模塊是電機(jī)控制系統(tǒng)的核心，其功能是將電源所提供的電能按照一定的邏輯關(guān)系分配給無(wú)刷直流電機(jī)定子上的各相繞組，從而使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生連續(xù)的轉(zhuǎn)矩。速度和電流信號(hào)采集、 處理模塊所輸出的信號(hào)決定各相繞組導(dǎo)通的順序和通斷時(shí)間。位置

25、傳感器轉(zhuǎn)子位置傳感器主要是通過(guò)檢測(cè)實(shí)際的轉(zhuǎn)子磁極位置為控制器提供正確的換向信息。轉(zhuǎn)子位置傳感器主要是通過(guò)檢測(cè)實(shí)際的轉(zhuǎn)子磁極位置為控制器提供正確的換向信息。常用的位置傳感器有光電式、電磁式和磁敏式三種；(1) 磁敏式位置傳感器控制系統(tǒng)中所用的霍爾位置傳感器是一種磁敏式位置傳感器，它是利用霍爾效應(yīng)制成的一種半導(dǎo)體器件， 該傳感器安置于外磁場(chǎng)中， 在通電的情況下即可產(chǎn)生霍爾效應(yīng)輸出霍爾電勢(shì)信號(hào)；如果沒(méi)有外部磁場(chǎng)的作用，該傳感器也不能發(fā)揮作用?；魻栁恢脗鞲衅黧w積較小、制造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性較高、價(jià)格相對(duì)比較低，但是其抗干擾能力較差，受工作環(huán)境的溫度影響比較大，因此，該傳感器一般應(yīng)用于對(duì)性能要求不高和環(huán)境

26、適宜的場(chǎng)合。(2) 光電式位置傳感器光電式位置傳感器由光電耦合開(kāi)關(guān)和遮光板組成，其中，光電耦合開(kāi)關(guān)沿圓周均勻分布，并且固定在定子上。每只光電耦合開(kāi)關(guān)都是有紅外發(fā)光二極管以及光敏三極管組成，并且它們相互對(duì)稱：在兩者之問(wèn)安裝了帶有窗口的遮光盤(pán)，這種盤(pán)上的窗口都有一定的角度。這種位置傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)、輕巧便于安裝、 調(diào)整更換較為方便等優(yōu)點(diǎn)， 其缺點(diǎn)為對(duì)環(huán)境要求高、輸出信號(hào)需處理。(3) 電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器由定子和跟蹤轉(zhuǎn)子兩部分組成， 定子一般用硅鋼片或者用高頻鐵氧體材料壓鑄而成， 一般有磁芯、 高頻激磁輸入繞組和輸出繞組三部分組成； 跟蹤轉(zhuǎn)子的外觀為一圓柱體， 其由非導(dǎo)磁材料制作

27、而成， 一般有扇狀形式的磁芯和不具有導(dǎo)磁性質(zhì)的襯套兩部分組成。這種傳感器輸出的信號(hào)比較強(qiáng)、 工作性能相對(duì)可靠、 具有較長(zhǎng)的使用壽命長(zhǎng)、 對(duì)于應(yīng)用環(huán)境場(chǎng)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。2.2無(wú)刷直流電機(jī)工作原理無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理以圖2-2和圖 2-3所示為例說(shuō)明。圖 2.2永磁無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)圖圖 2.3 無(wú)刷直流電機(jī)工作原理示意圖圖 2-2 中 BLDCM表示三相兩極無(wú)刷直流電機(jī)本體， PS 為轉(zhuǎn)子位置傳感器，其與電機(jī)轉(zhuǎn)軸一同旋轉(zhuǎn)，主電

28、路采用三相逆變橋供電，由V1-V6 六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件與A、B、 C 三相繞組連接。通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)控制電路對(duì)轉(zhuǎn)子信號(hào)進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生脈寬調(diào)制PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)PWM信號(hào)的放大后控制開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通與關(guān)斷讓各相繞組按照一定順序通電，從而保證電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。下面以兩相導(dǎo)通三相星形六狀態(tài)無(wú)刷直流電機(jī)為例說(shuō)明其工作原理。如圖 2-3 （a）所示，通過(guò)轉(zhuǎn)子位置傳感器感應(yīng)出轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，經(jīng)控制邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器的開(kāi)關(guān)器件V1 和 V6 導(dǎo)通，此時(shí)繞組AB 通電，而且為 A 進(jìn) B 出，經(jīng)右手螺旋定則可判定電樞繞組在空間的合成磁勢(shì)Fa 如圖中所示。定子磁勢(shì)Fa 與轉(zhuǎn)子磁勢(shì) Ff 的相互作用，拖動(dòng)

29、轉(zhuǎn)子以順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該過(guò)程中電流的流經(jīng)的途徑為： E+V1 管 A 相繞組 B 相繞組 V6 管 E- 。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 60 °電角度時(shí)，到達(dá)的位置如圖 2-3 （b）所示。由于轉(zhuǎn)子位置的不同導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)器件也不同，此時(shí)導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)器件為 V1 和 V2 ，與 V1 和 V2 連接的 AC兩相繞組通電， A 進(jìn) C 出，電樞繞組合成的氣隙磁勢(shì) Fa 如圖中所示。定子磁勢(shì) Fa 與轉(zhuǎn)子磁勢(shì) Ff 的相互作用繼續(xù)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該過(guò)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-。為使轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)始終受定子合成磁場(chǎng)的牽引并按順時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)旋轉(zhuǎn)

30、，轉(zhuǎn)子每當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò) 60 °電角度時(shí)，逆變器 中 的 開(kāi) 關(guān) 器 件 要 輪換 導(dǎo) 通 ， 其 導(dǎo) 通 的 邏 輯 為 V2V3 V3V4V4V5V5V6V1V6V1V2, ，依次循環(huán)。2.3無(wú)刷直流電機(jī)的基本方程理想的無(wú)刷直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)是梯形波，本文在靜止的 A-B-C 三相坐標(biāo)系上以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)為例， 在分析無(wú)刷直流電機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上建立了它的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。 為了簡(jiǎn)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(chǎng)是理想狀態(tài)下按照平頂部分為120 °電角度梯形波分布的。（ 2）假定磁路不飽和，不計(jì)渦流損耗和磁滯損耗。（ 3

31、）忽略齒槽效應(yīng)和電樞反應(yīng)。（ 4）逆變電路中功率開(kāi)關(guān)管以及續(xù)流二極管都有理想開(kāi)關(guān)特性。（ 5）三相繞組的參數(shù)都對(duì)稱。則根據(jù)無(wú)刷直流電機(jī)的特性，可得到如下電壓、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程。（ 1）電壓方程根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，繞組可等效為純電阻和純電感的串聯(lián)，故電機(jī)繞組上的電壓是電阻壓降和電感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和，任意繞組的電壓方程為：ux Rx ix ex（2.1 ）其中，ux 相繞組電壓；Rx每相繞組的電阻；i x 流過(guò)繞組的電流；ex 每相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其中ex d ； dtx 每相繞組的磁鏈。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。以A 相

32、繞組磁鏈為例，其表達(dá)式為：ALAi AM AB iBM ACpm ()（2.2 ）將式（ 2.2 ）帶入式（ 2.1 ）得u ARi AdAB i Cpm ( )( L A i A MdtRi Ad ( L Ai A M AB iB M AC iC ) eAdt則電機(jī)的電壓方程為：uaRa00 iaLaMabMaciaeaub0 Rb0 ibMbaLbMbcp ibeb（2.3 ）uc0 0 Rc icMcaMcbLcicec式中 M 表示兩相繞組之間的互感（ x、y 代表 A 、B、C）， p 為微分算子 pd。dt由假設(shè)可以得到 R aR bR c ; L aL bL c ；互感均相等為

33、M。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i a i bi c0 ；由于三相繞組為星形連接，且沒(méi)有中線，所以有：Mi aMi bMic0（2.4 ）綜上所述，再將式（ 2.4 ）帶入（ 2.3 ）得無(wú)刷直流電機(jī)的電壓方程式（2.5 ）：uar 00 iaL M00iaeaub0r0 ib0L M0p ibebuc00r ic00L M ic（2.5 ）ec（ 2）轉(zhuǎn)矩方程電源提供的功率，主要部分通過(guò)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(kāi)關(guān)器件上和電機(jī)的銅耗、鐵耗上。由電機(jī)學(xué)的知識(shí)可知：P ee A i Ae B i Be Ci CT e（2.6 ）Tee

34、AiA eBiBeC iCp eAi AeBiBeCiC（2.7 ）其中 Pe 電磁功率；Te 電磁轉(zhuǎn)矩；電氣角速度；機(jī)械角速度；P電機(jī)極對(duì)數(shù)。無(wú)刷直流電機(jī)的逆變模塊采用兩兩導(dǎo)通的工作方式， 任意時(shí)刻只有兩相繞組導(dǎo)通存在電流，其余繞組關(guān)斷，電流為零。而被導(dǎo)通的兩相繞組上電流方向和反電動(dòng)勢(shì)（依次記作 i ，E）大小數(shù)量上相等，方向相反，所以電機(jī)的電子轉(zhuǎn)矩也可以表示成式子（ 2.8 ）Te2Ei（2.8 ）（ 3）運(yùn)動(dòng)方程無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程為：TTJ d（2.9 ）eLdt式中 J 為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·m2）,d 為轉(zhuǎn)子角加速度（rads2 ），T為負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ · ）。d

35、tLN m一般在實(shí)際工程應(yīng)用中，通常采用轉(zhuǎn)速n 代替機(jī)械角速度 來(lái)表示轉(zhuǎn)子速度，用飛輪慣量 GD 2 代替轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J表示機(jī)械慣性，換算方法式子（2.9 ）和（ 2.10 ）所示：2 n60（2.10 ）2GD2J mp4g（2.11 ）其中 m 是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量（ Kg），G 為轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重力（ N）， 為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量半徑（ m），D 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣性半徑 （m），g 為重力加速度 （9.8ms2）。將式子（2.10 ）和（2.11 ）代入（ 2.8 ）式子中得到：T eGD 2dnT L（2.12 ）375dt第三章矢量控制坐標(biāo)變換3.1坐標(biāo)變換從一種坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到另一種坐標(biāo)系的變換稱為坐標(biāo)變換

36、。坐標(biāo)變換有很多種類(lèi)， 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 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 3s2s 變換（ Clarke 變換），反之，則成為 2s3s 變換；將靜止的兩相到旋轉(zhuǎn)的兩相的變換簡(jiǎn)稱為 2s2r 變換（ park 變換又稱旋轉(zhuǎn)變換），反之，則稱為 2r2s 變換。坐標(biāo)變換的原則由機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的基本原理可知， 電動(dòng)機(jī)內(nèi)氣隙磁場(chǎng)是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的媒介， 由定子側(cè)輸入的能量正是通過(guò)氣隙磁場(chǎng)傳遞到轉(zhuǎn)子的。 在進(jìn)行坐標(biāo)變換時(shí)， 只要能使變換前后產(chǎn)生的氣隙基波合成磁動(dòng)勢(shì)不變（幅值和空間相位相同） ，兩者就是等效的。因此

37、，磁動(dòng)勢(shì)不變是不同坐標(biāo)系間進(jìn)行變換的一項(xiàng)基本原則。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。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在q 軸分量為零，在磁場(chǎng)恒定且d 軸電流分量為 0 的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩與 q 軸電流分量成正比，此時(shí)感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械特性與他勵(lì)直流電機(jī)的機(jī)械特性完全一樣， 實(shí)現(xiàn)了磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。 由于 d 軸與轉(zhuǎn)子磁鏈軸線重合， 因此也可稱之為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制。 在三相靜止坐標(biāo)系上， 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)多變量、 非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜模型。 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

38、解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，從而使永磁無(wú)刷直流電機(jī)能像直流電機(jī)那樣分別對(duì)磁通和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行獨(dú)立控制?？傊?，矢量坐標(biāo)變化實(shí)現(xiàn)了交流矢量和直流矢量之間的等效變換。調(diào)速的關(guān)鍵問(wèn)題是轉(zhuǎn)矩控制， 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能好的根本原因就在于其轉(zhuǎn)矩易于控制。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式是TeCTi ，式中 Te 為電磁轉(zhuǎn)矩， CT 為轉(zhuǎn)矩系數(shù)，i 為電樞電流， 為磁通。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。 如果忽略了磁飽和效應(yīng)以及電樞反應(yīng)， 電樞繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)與勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)是相互正交的， 于是可以簡(jiǎn)單地說(shuō)磁通 和電樞電流i 是正交的。在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上， 轉(zhuǎn)矩控制復(fù)雜性得

39、到了根本解決。永磁無(wú)刷直流電機(jī)的物理模型可以等效變換成類(lèi)似直流電機(jī)模型，分析和控制就可以大大簡(jiǎn)化， 而這些都是基于坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的。如圖 3.1(a)所示為通入電流的無(wú)刷直流電機(jī)三相對(duì)稱定子繞組A 、B、C 產(chǎn)生了合成磁動(dòng)勢(shì) F ，合成磁動(dòng)勢(shì)在三相坐標(biāo)系中按著A-B-C 逆向旋轉(zhuǎn)。圖 3.1(b)描繪的是兩相靜止繞組 、，它們空間角度相差90 °，產(chǎn)生的合成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為F ，當(dāng)圖3.1(a) 和圖 3.1(b)中的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以相同的角速度和大小旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以看成圖中 (a) 、(b) 兩個(gè)繞組等效。類(lèi)似的在圖3.1(c)中有兩個(gè)互相垂直的繞組d 和 q，它們的匝數(shù)相等，分別通電流 i

40、d 和 iq, 產(chǎn)生合成磁動(dòng)勢(shì) F ，合成磁勢(shì)的位置相對(duì) d 、 q 坐標(biāo)系來(lái)說(shuō)是靜止的。假如我們將其以和圖 (a) 、(b) 中合成磁動(dòng)勢(shì)大小和旋轉(zhuǎn)方向一致。那么圖 3.1(c) 和(a) 、(b) 兩個(gè)繞組就都等效了。如果我們站在鐵芯上和繞組一起旋轉(zhuǎn)，按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理， d 和 q 是兩個(gè)通入直流而相互垂直的靜止繞組。更進(jìn)一步如果磁通方向是固定在 d 軸上，那這個(gè)模型基本上就等效于直流電動(dòng)機(jī)物理模型。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。 這就說(shuō)明了通過(guò)一定的數(shù)學(xué)變換能夠把無(wú)刷直流電機(jī)模型變換成普通直流電機(jī)模型，所以需

41、要解決的問(wèn)題就變成了如何求出ia、 ib 、ic和 以及id與iq之間的等效變換矩陣，而這就是坐標(biāo)變換的任務(wù)。（ a)(b)(c)圖 3.1 等效電機(jī)模型（ a) 三相交流繞組（ b) 兩相靜止交流繞組（ c) 旋轉(zhuǎn)直流繞組三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間變換三相靜止 ABC 坐標(biāo)系向兩相靜止 坐標(biāo)系變換，稱之為 32 變換。圖 3.2 中描繪了三相 ABC 和兩相 坐標(biāo)系，為了方便分析，取 A 軸和 軸方向一致并且相互重合假設(shè)三相繞組每相的匝數(shù) N3，兩相繞組每相有效匝數(shù) N2，每相的磁動(dòng)勢(shì)等于各自相電流乘以對(duì)應(yīng)的匝數(shù)，他們的空間矢量都與各相的坐標(biāo)軸相重合。由于在坐標(biāo)變換的過(guò)程中， 磁動(dòng)勢(shì)保

42、持不變，所以兩個(gè)坐標(biāo)系中各自的磁動(dòng)勢(shì)在 、 軸上的分量對(duì)應(yīng)相等，所以有式子（3.1 ）和（ 3.2 ），將它們寫(xiě)成矩陣形式，得到式子（ 3.3)圖 3.2三相和兩相坐標(biāo)系與繞組磁動(dòng)勢(shì)的空間矢量NiNiNicos 60oN icos 60oN(i1 i1 i)23A3B3 c3A2B2C（3.1 ）N 2 iN 3i B sin 60 0N 3i C sin 60o3 N 3 (i Bi C )2（3.2 ）11i AiN 3122i BiN 203（3.3）iC322兩相電動(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(méi)想功率增加為三相電動(dòng)機(jī)每相功率的32

43、 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：N32N23（3.4 ）代入式子（ 3.4 ）中可以得到式子（ 3.5 ）：i2111i A22i Bi3033）i C（3.522設(shè) C3 2 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（ 3.5 ）：211122C 3 23330（3.6 ）22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(guò)程稱為23 變換，可以求C 2 3 的逆矩陣，經(jīng)過(guò)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C 2 3如式子（ 3.7 ）所示 :10213C2 32231(3.7)322這里應(yīng)該指出的是，三相ABC坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩

44、相坐標(biāo)系后，雖然相數(shù)減少了，但 坐標(biāo)系中的電流 ia ， ib 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。兩相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換兩相 靜止坐標(biāo)系向兩相dq 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換，我們稱作2s2r 變換， s 表示靜止， r 表示旋轉(zhuǎn)，為了方便分析，兩個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合在一起，合成矢量重合在一起，得到了圖3.3 。圖 3.3兩相靜止坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)dq 坐標(biāo)系圖中兩相交流電流i 、i和直流電流id ，i q 他們產(chǎn)生一致的合成磁動(dòng)勢(shì)Fs ，由于兩種坐標(biāo)系中各相繞組匝數(shù)都相等，所以可以在計(jì)算式中不計(jì)磁動(dòng)勢(shì)中的匝數(shù)，直接用電流表示，例如可以直接用is 替代Fs 。不過(guò)需要

45、特別注意的是，這里的電流都是空間矢量，而不是時(shí)間矢量。圖中， d 軸和 q 軸都以同步速度 r 旋轉(zhuǎn)，而 軸和 軸是靜止的， d 軸與 軸的夾角 隨時(shí)間變化。 i、 i和 id 、 iq 之間存在如下關(guān)系：id i cos isin（3.10 ）iq i cos ia sin（ 3.11 ）寫(xiě)成矩陣形式，得：idcossiniiqsincosi（3.12 ）反之，對(duì)上式兩邊都乘以變換矩陣的逆矩陣， 即得從兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換關(guān)系icossinidisincos（3.13 ）iq電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換與電流的旋轉(zhuǎn)變換相同。dq 坐標(biāo)系產(chǎn)生的氣隙磁動(dòng)勢(shì)同坐標(biāo)系一樣，也正是ABC 坐標(biāo)

46、系中三相繞組產(chǎn)生的氣隙旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。但與坐標(biāo)系相比， dq 坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的方法不同：它是在同步旋轉(zhuǎn)的d,q 繞組中通入兩直流量 id,iq ，合成磁動(dòng)勢(shì) F1 相對(duì) dq 坐標(biāo)系是靜止的， 依靠 dq 坐標(biāo)系本身的同步旋轉(zhuǎn)，使 F1 成為同步旋轉(zhuǎn)的圓形磁動(dòng)勢(shì)。正是通過(guò) 坐標(biāo)系到 dq 坐標(biāo)系的變換，最終將三相交流電流變?yōu)閮上嘀绷髁俊?.2矢量控制的基本思路正如前文所述的，在產(chǎn)生一樣的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的前提下，將無(wú)刷直流電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系上的三相電流 iA 、 iB 、iC 經(jīng)過(guò) 32 變換可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流 i 、i ，再經(jīng)過(guò) 2s2r 變換得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的 id 、iq 。通過(guò)一定的控制，可以使得交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子總磁通等效于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁通， 所以兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的 d 繞組就等價(jià)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組 ,id 等價(jià)于勵(lì)磁電流， 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的 q 繞組相當(dāng)于靜止的電樞繞組， iq 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。確定了 id 、 iq 的控制策略后，只要進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)反變換就能得到三相 ABC 電流的控制方法， 這樣就能像控制普通直流電動(dòng)機(jī)一樣控制無(wú)刷直流