永磁同步電機(jī)工作原理及控制策略

1、內(nèi)容提要內(nèi)容提要nPMSM和BLDC電機(jī)的特點(diǎn)nPMSM和BLDC電機(jī)的應(yīng)用范圍nPMSM和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)nPMSM和BLDC電機(jī)的工作原理nPMSM和BLDC電機(jī)的控制策略nPMSM電機(jī)的FOC控制策略q PMSM和和BLDC電機(jī)的特點(diǎn)電機(jī)的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn) （1）功率密度大；）功率密度大； （2）功率因數(shù)高（氣隙磁場(chǎng)主要或全部由轉(zhuǎn)）功率因數(shù)高（氣隙磁場(chǎng)主要或全部由轉(zhuǎn) 子磁場(chǎng)提供）；子磁場(chǎng)提供）； （3）效率高（不需要?jiǎng)?lì)磁，繞組損耗小）；）效率高（不需要?jiǎng)?lì)磁，繞組損耗?。?； （4）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，維護(hù)簡(jiǎn)）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，維護(hù)簡(jiǎn) 單；單； （5）內(nèi)埋式交直軸電抗不同，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)

2、轉(zhuǎn)）內(nèi)埋式交直軸電抗不同，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 矩，弱磁性能好，表面貼裝式弱磁性矩，弱磁性能好，表面貼裝式弱磁性 能較差。能較差。n缺點(diǎn) （1）價(jià)格較高；）價(jià)格較高； （2）弱磁能力低；）弱磁能力低； （3）起動(dòng)困難，高速制動(dòng)時(shí)電勢(shì)高，給）起動(dòng)困難，高速制動(dòng)時(shí)電勢(shì)高，給 逆變器帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)；逆變器帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)； （4）他控式同步電機(jī)有失步和震蕩的可）他控式同步電機(jī)有失步和震蕩的可 能性。能性。q PMSM和和BLDC電機(jī)的特點(diǎn)電機(jī)的特點(diǎn)qPMSM和和BLDC電機(jī)的應(yīng)用范圍電機(jī)的應(yīng)用范圍n軟、硬磁盤驅(qū)動(dòng)器、錄像機(jī)磁鼓（視頻磁頭）和磁帶伺服系統(tǒng) 體積小、容量小、控制精度高體積小、容量小、控制精度高n機(jī)床

3、、機(jī)器人等數(shù)控系統(tǒng) 快速性好、定位（速度和位置）精度高、快速性好、定位（速度和位置）精度高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)n交通運(yùn)輸 電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車、 城軌車輛、機(jī)車牽引城軌車輛、機(jī)車牽引n家用電器 冰箱、空調(diào)等（單位體積功率密度高、冰箱、空調(diào)等（單位體積功率密度高、 體積小）體積?。﹒PMSM和和BLDC電機(jī)的應(yīng)用范圍電機(jī)的應(yīng)用范圍rrggbbNSACBZYXn模擬結(jié)構(gòu)圖qPMSM和和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 霍爾傳感器 定子繞組轉(zhuǎn)子磁鐵n實(shí)物結(jié)構(gòu)圖qPMSM和和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu)n定子 定子繞組一般制成多相（三

4、、四、五相不定子繞組一般制成多相（三、四、五相不等），通常為三相繞組。三相繞組沿定子等），通常為三相繞組。三相繞組沿定子鐵心對(duì)稱分布，在空間互差鐵心對(duì)稱分布，在空間互差120度電角度，度電角度，通入三相交流電時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。通入三相交流電時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。qPMSM和和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu)n轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子采用永磁體，目前主要以釹鐵硼作轉(zhuǎn)子采用永磁體，目前主要以釹鐵硼作 為永磁材料。為永磁材料。 采用永磁體簡(jiǎn)化了電機(jī)的采用永磁體簡(jiǎn)化了電機(jī)的 結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，又沒有轉(zhuǎn)子銅耗，結(jié)構(gòu)，提高了可靠性，又沒有轉(zhuǎn)子銅耗， 提高電機(jī)的效率。提高電機(jī)的效率。 qPMSM和和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

5、nPMSM按轉(zhuǎn)子永磁體的結(jié)構(gòu)可分為兩種（1）表面貼裝式（）表面貼裝式（SM-PMSM）直交軸電感直交軸電感Ld和和Lq相同相同氣隙較大，弱磁能力小，氣隙較大，弱磁能力小，擴(kuò)速能力受到限制擴(kuò)速能力受到限制qPMSM和和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu)（2）內(nèi)埋式（）內(nèi)埋式（IPMSM）交直軸電感交直軸電感:LqLd氣隙較小，有較好的氣隙較小，有較好的弱磁能力弱磁能力qPMSM和和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu)n無(wú)刷直流電機(jī)n永磁體的弧極為永磁體的弧極為180180度，永磁體產(chǎn)生的氣度，永磁體產(chǎn)生的氣 隙磁場(chǎng)呈梯形波分布，線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)隙磁場(chǎng)呈梯形波分布，線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)亦是交流梯形波勢(shì)亦是交流梯形波

6、n定子繞組為定子繞組為Y Y或或 聯(lián)結(jié)三相整距繞組聯(lián)結(jié)三相整距繞組n由于氣隙較大，故電樞反應(yīng)很小由于氣隙較大，故電樞反應(yīng)很小 qPMSM和和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu)n正弦波永磁同步電機(jī)n永磁體表面設(shè)計(jì)成拋物線，極弧大體為永磁體表面設(shè)計(jì)成拋物線，極弧大體為 120120度度n定子繞組為短距、分布繞組定子繞組為短距、分布繞組n定子由正弦波脈寬調(diào)制（定子由正弦波脈寬調(diào)制（SVPWMSVPWM）的電壓）的電壓型逆變其供電，三相電流為正弦或準(zhǔn)正型逆變其供電，三相電流為正弦或準(zhǔn)正弦波弦波 qPMSM和和BLDC電機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu)nPMSM的數(shù)學(xué)模型ABC、 、：定子三相靜止坐標(biāo)系：定子兩相靜止坐標(biāo)系

7、：轉(zhuǎn)子兩相坐標(biāo)系、d、q 為了簡(jiǎn)化和求解數(shù)學(xué)模型方程，運(yùn)用坐標(biāo)變換理論,通過(guò)對(duì)同步電動(dòng)機(jī)定子三相靜止坐標(biāo)軸系的基本方程進(jìn) 行線性變換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)數(shù)學(xué)模型的解耦 。qPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理：定子電壓：定子電流：定子磁鏈?zhǔn)噶浚恨D(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶浚恨D(zhuǎn)子角位置：電機(jī)轉(zhuǎn)矩角sssfrui假設(shè)： 1)忽略電動(dòng)機(jī)鐵心的飽和； 2)不計(jì)電動(dòng)機(jī)中的渦流和磁滯損耗； 3)轉(zhuǎn)子無(wú)阻尼繞組。 永磁同步電動(dòng)機(jī)在三相定子參考坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：sss sduR idtrjss sfLie定子電壓：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：32epssTniqPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理永磁同步

8、電動(dòng)機(jī)在 坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：sssjsssiiji定子電流：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：32epssssTnii qPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理永磁同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q中的數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)如下：定子電壓：定子磁鏈：電磁轉(zhuǎn)矩：dds drqduR idt qqs qrdduR idt dddfL iqq qL i3()2enfqdqdqTpiLLi iqPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理122334455661.VFVFVFVFVFVFVFVFVFVFVFVF、每一瞬間有兩個(gè)功率開關(guān)導(dǎo)通，每隔60度換相一次，每次換相一個(gè)功率開關(guān)，每個(gè)功率開關(guān)導(dǎo)

9、通120度電角度。導(dǎo)通順序?yàn)椋? 1）兩兩通電方式）兩兩通電方式qPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理nBLDC電機(jī)控制方式全控橋兩兩通電電路原理圖1U1VF3VF5VF4VF6VF2VFABC譯碼電路H1H2H3t0 01Ht2H0 03H0 02t3412VFVF、將三只霍爾集成電路按相位差120度安裝，產(chǎn)生波形如圖所示。qPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理a) 導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩b) 導(dǎo)通是合成轉(zhuǎn)矩c)兩兩通電時(shí)合成轉(zhuǎn)矩23VFVF、Y聯(lián)結(jié)繞組兩兩通電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖123234345456561612123.VFVFVF VFVFVF VFVFVF VFVFVF

10、 VFVFVF VFVFVF VFVFVF、每一瞬間有三個(gè)功率開關(guān)導(dǎo)通，每隔60度換相一次，每個(gè)功率開關(guān)導(dǎo)通180度電角度。導(dǎo)通順序?yàn)椋? 2）三三通電方式）三三通電方式qPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理1U1VF3VF5VF4VF6VF2VFABC譯碼電路H1H2H3Y聯(lián)結(jié)三三通電方式的控制原理圖Y聯(lián)結(jié)三三通電方式相電壓和線電壓波形0 00 0M M612VFVFVFqPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理三三通電時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖a) 導(dǎo)通時(shí)合成轉(zhuǎn)矩b) 導(dǎo)通是合成轉(zhuǎn)矩c)三三通電時(shí)合成轉(zhuǎn)矩 123VFVFVF()aeeTUURnTKK KnBLDC電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行機(jī)

11、械特性方程（3 3）BLDCBLDC電機(jī)運(yùn)行性能和傳遞函數(shù)電機(jī)運(yùn)行性能和傳遞函數(shù)：電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；：電源電壓（V）；：功率開關(guān)壓降（V）；：電動(dòng)勢(shì)系數(shù)；：電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩平均（N.m）;：轉(zhuǎn)矩系數(shù)；：電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻（ ）。eaTnUUKTKRqPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理2375aaTaLaeUUEIRTK IGDdnTTdtEK n24G Dg J2LTGDnBLDC電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性方程：電動(dòng)機(jī)負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩；：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪力矩 （ ）， （ 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）2.N mJqPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理12( )( )11LeeKKn sU sTT s

12、T s1221/(375)reTeeTKKKR K KTRGDK K；。12eKKTnBLDC電機(jī)傳遞函數(shù)：電動(dòng)勢(shì)傳遞系數(shù)，：轉(zhuǎn)矩傳遞系數(shù)，：電磁時(shí)間常數(shù)，BLDC電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖qPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理 （1）開環(huán)控制：）開環(huán)控制：u/f恒定恒定 （2）閉環(huán)控制：）閉環(huán)控制：n矢量控制 （70年代）n直接轉(zhuǎn)矩控制（80年代）n永磁同步電機(jī)控制方式qPMSM和和BLDC電機(jī)的工作原理電機(jī)的工作原理定子電流經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換后轉(zhuǎn)化為兩相定子電流經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換后轉(zhuǎn)化為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電流旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電流 和和 ，從而，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩 和實(shí)現(xiàn)弱磁控制。和實(shí)現(xiàn)弱磁控制。FO

13、C中需要測(cè)量的量為：定子電流、中需要測(cè)量的量為：定子電流、轉(zhuǎn)子位置角轉(zhuǎn)子位置角 dsqsiiq PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略eT1、工作原理n以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向n系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好，控制精度高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好，控制精度高n控制簡(jiǎn)單、具有直流電機(jī)的調(diào)速性能控制簡(jiǎn)單、具有直流電機(jī)的調(diào)速性能n運(yùn)行平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)很小運(yùn)行平穩(wěn)、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)很小2、FOC特點(diǎn)q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略n 控制控制 定子電流中只有交軸分量，且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與定子電流中只有交軸分量，且定子磁動(dòng)勢(shì)空間矢量與永磁體磁場(chǎng)空間矢量正交，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與定子電永磁體磁場(chǎng)空間矢量正交，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩

14、與定子電流成正比。流成正比。 其性能類似于直流電機(jī)，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩性能好，其性能類似于直流電機(jī)，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩性能好，可以獲得很寬的調(diào)速范圍，適用于高性能的數(shù)控機(jī)床、可以獲得很寬的調(diào)速范圍，適用于高性能的數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等場(chǎng)合。電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)低，電機(jī)和逆變器機(jī)器人等場(chǎng)合。電機(jī)運(yùn)行功率因數(shù)低，電機(jī)和逆變器容量不能充分利用。容量不能充分利用。3、FOC控制方式q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略0di n 控制控制 控制交、直軸電流分量，保持控制交、直軸電流分量，保持PMSMPMSM的功率因數(shù)為的功率因數(shù)為1 1，在在 條件下，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨電流的增加呈條件下，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

15、隨電流的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)?，F(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。 可以充分利用逆變器的容量。不足之處在于能夠輸出可以充分利用逆變器的容量。不足之處在于能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩較小。的最大轉(zhuǎn)矩較小。n最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩/ /電流比控制電流比控制 也稱為單位電流輸出最大轉(zhuǎn)矩的控制（最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控也稱為單位電流輸出最大轉(zhuǎn)矩的控制（最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制）。制）。 它是凸極它是凸極PMSMPMSM用的較多的一種電流控制策略。當(dāng)輸出用的較多的一種電流控制策略。當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，逆變器輸出電流最小，可以減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，逆變器輸出電流最小，可以減小電機(jī)的銅耗。銅耗。q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略cos1cos14

16、、坐標(biāo)變換（1 1）ClarkeClarke（3s/2s3s/2s）變換）變換3N：三相繞組每相繞組匝數(shù)：兩相繞組每相繞組匝數(shù)各相磁動(dòng)勢(shì)為有效匝數(shù)與電流的乘積，其相關(guān)空間矢量均位于有關(guān)相的坐標(biāo)軸上。2Nq PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與相總磁動(dòng)勢(shì)與二相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在 軸上的投影都應(yīng)相等，因此233332333cos60cos6011()22sin60sin603()2ABCABCBCBCN iN iN iN iN iiiN iN iN iN ii321112233022ABCiiNiiNiq PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC

17、控制策略控制策略考慮變換前后總功率不變，可得匝數(shù)比應(yīng)為2 / 3102133221322C111222333022ABCiiiii3223NN3/2111222333022C坐標(biāo)系變換矩陣：可得q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略如果三相繞組是Y形聯(lián)結(jié)不帶零線，則有302122ABiiii2031162ABiiii0ABCiii于是q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略d兩個(gè)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) 軸和矢量 都以轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)，分量 的長(zhǎng)短不變。 軸與 軸的夾角 隨時(shí)間變化（2 2）ParkPark（2s/2r2s/2r）變換）變換1s

18、Fdqii、dqii、dq、ii、( )SsF i1q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略由圖可見， 和 之間存在下列關(guān)系坐標(biāo)系變換矩陣：寫成矩陣的形式，得ii、dqii、cossinsincosdqdqiiiiii2 /2cossinsincosddrsqqiiiCiii 2 /2cossinsincosrsC2 /2cossinsincossrCq PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略由三組六個(gè)開關(guān)（ ）組成。由于 與 、 與 、 與 之間互為反向，即一個(gè)接通，另一個(gè)斷開，所以三組開關(guān)有 種可能的開關(guān)組合 PWM逆變器模型dUASBSCSASBSCS+-（3 3）電壓空間矢量

19、）電壓空間矢量,ABCABCSSSSSSASASBSBSCSCS 823q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略若規(guī)定三相負(fù)載的某一相與“+”極接通時(shí)，該相的開關(guān)狀態(tài)為“1”態(tài)；反之，與“-”極接通時(shí)，為“0”態(tài)。則8種可能的開關(guān)組合 逆變器7種不同的電壓狀態(tài)：n電壓狀態(tài)“1”至“6”n零電壓關(guān)狀態(tài)“0”和“7” q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略逆變器的輸出電壓 用空間電壓矢量來(lái)表示，依次表示為 ( )su t(001)(101)(011)(100)(110)(010)(000)(111)ssssssssuuuuuuuu、逆變器非零電壓矢量輸出時(shí)的相電壓波形、幅值和電壓狀態(tài)

20、的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖 電壓狀態(tài)和開關(guān)狀態(tài)均以6個(gè)狀態(tài)為一個(gè)周期，相電壓幅值為兩種： 和 2/3dU/3dUq PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略把逆變器的7個(gè)輸出電壓狀態(tài)放入空間平面內(nèi)，形成7個(gè)離散的電壓空間矢量。每?jī)蓚€(gè)工作電壓空間矢量在空間的位置相隔60角度，6個(gè)工作電壓空間矢量的頂點(diǎn)構(gòu)成正六邊形 q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略選定定子坐標(biāo)系中的 軸與 矢量復(fù)平面的實(shí)軸 重合，則其三相物理量 的 矢量 為： a( )( )( )abcXtXtX t、( )X tParkPark22( )( )( )( )3abcX tXtXtXt120=je式中 復(fù)系數(shù)，旋轉(zhuǎn)因子，旋轉(zhuǎn)空間矢

21、量 的某個(gè)時(shí)刻在某軸線 軸上的投影就是該時(shí)刻該相物理量的瞬時(shí)值。( )X tabc、 、q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略若 三相負(fù)載的定子繞組接成星形，其輸出電壓的空間矢量 的 矢量變換表達(dá)式為 2/3/3adbcduuuuu 011abcSPark2 /34 /32( )3jjsabcu tuu eu e對(duì)于狀態(tài)“1” 時(shí)；可知abc、 、( )su t則2 /34 /32211(011)()33332233jjsdddjdduuu eu euu eq PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略電壓空間矢量的結(jié)論： n逆變器六個(gè)工作電壓狀態(tài)給出了六個(gè)不同方向的電壓空間矢量。它們

22、周期性地順序出現(xiàn)，相鄰兩個(gè)矢量之間相差60度；n電壓空間矢量的幅值不變，都等于 ，因此六個(gè)電壓空間矢量的頂點(diǎn)構(gòu)成了正六邊形的六個(gè)頂點(diǎn)；n六個(gè)電壓空間矢量的順序如下，它們依次沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；n零電壓狀態(tài)7位于六邊形中心。2/3du(011)(001)(101)(011)(100)(110)ssssssuuuuuuq PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略5、FOC基本方程SM-PMSM的電壓和磁鏈方程：定子相繞組：定子相繞組電感：定子相繞組互感：轉(zhuǎn)子電角度：轉(zhuǎn)子永磁磁鏈其中q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略說(shuō)明：交軸電流 和轉(zhuǎn)矩是線性關(guān)系，而直軸電流 對(duì)轉(zhuǎn)矩沒有影響。 如果 為

23、電機(jī)額定電流，當(dāng) 時(shí)產(chǎn) 生最大轉(zhuǎn)矩（ ）。磁鏈轉(zhuǎn)矩方程sIqsidsi,0qssdsiI i22sqsdsIiiq PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略6、FOC的組成（1 1）SVPWMSVPWM模塊。采用先進(jìn)的調(diào)制算法以模塊。采用先進(jìn)的調(diào)制算法以 減少電流諧波、提高直流母線電壓減少電流諧波、提高直流母線電壓 利用率；利用率；（2 2）電流讀取模塊。通過(guò)精密電阻或電）電流讀取模塊。通過(guò)精密電阻或電 流傳感器測(cè)量定子電流；流傳感器測(cè)量定子電流；q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略（3 3）轉(zhuǎn)子速度）轉(zhuǎn)子速度/ /位置反饋模塊。采用霍爾位置反饋模塊。采用霍爾 傳感器或增量式光電編

24、碼器來(lái)準(zhǔn)確傳感器或增量式光電編碼器來(lái)準(zhǔn)確 獲取轉(zhuǎn)子位置和角速度信息，也可獲取轉(zhuǎn)子位置和角速度信息，也可 采用無(wú)傳感器檢測(cè)算法進(jìn)行測(cè)量；采用無(wú)傳感器檢測(cè)算法進(jìn)行測(cè)量；（4 4）PIDPID控制模塊；控制模塊；（5 5）ClarkClark、ParkPark及及Reverse ParkReverse Park變換模變換模 塊。塊。q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略7、FOC原理圖q PMSM電機(jī)的電機(jī)的FOC控制策略控制策略r（1 1）將電流讀取模塊測(cè)量的相電流）將電流讀取模塊測(cè)量的相電流 和和 ， 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)ClarkClark變換將其從三相靜止坐標(biāo)系變變換將其從三相靜止坐標(biāo)系變 換到兩相靜止坐標(biāo)系換到兩相靜止坐標(biāo)系 和和 ；（2 2） 和和 與轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)子位置 結(jié)合，經(jīng)過(guò)結(jié)合，經(jīng)過(guò)ParkPark變換變換 從兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系從兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 和和 ；（3 3）轉(zhuǎn)子速度）轉(zhuǎn)子速度/ /位置反饋模塊將測(cè)量的轉(zhuǎn)子角位置反饋模塊將測(cè)量的轉(zhuǎn)子角 速度速度 與參考轉(zhuǎn)速與參考轉(zhuǎn)速 進(jìn)行比較，并通過(guò)進(jìn)行比較，并通過(guò)PIPI 調(diào)節(jié)器產(chǎn)生交軸參考電流調(diào)節(jié)器產(chǎn)生交軸參考電