數(shù)控技術(shù)及裝備課件

數(shù)控技術(shù)及裝備

第一章電機(jī)控制中的測(cè)量元件

1、光電編碼器

2、旋轉(zhuǎn)變壓器3、霍爾元件4、鐳射測(cè)量系統(tǒng)5、陀螺儀測(cè)角

6、測(cè)速發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)編碼器

角度編碼器

第一部分光電編碼器1、旋轉(zhuǎn)編碼器光電脈衝編碼器的結(jié)構(gòu)

兩個(gè)光欄板，彼此之間錯(cuò)開m+τ/4個(gè)節(jié)距，當(dāng)碼盤基片隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生a,b兩相相位差為90°的交變信號(hào)。旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理

光電碼盤隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在光源的照射下，透過光電碼盤和光攔板形成忽明忽暗的光信號(hào)，光敏元件把此光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)a、b、z，通過信號(hào)處理裝置的整形、放大等處理後輸出如圖所示的6項(xiàng)A、B、C

和取反信號(hào)。

輸出信號(hào)的作用及其處理A、B

兩相的作用

細(xì)分處理、角位移、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向

Z相的作用

周向定位基準(zhǔn)、圈數(shù)、、的作用

利用A、

差分輸入消除遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓材８蓴_第一部分光電編碼器常用的脈衝編碼器每轉(zhuǎn)輸出的脈衝數(shù)有：2000p/r，2500p/r，3000p/r，高解析度的脈衝編碼器

20000p/r，25000p/r，30000p/r。

第一部分光電編碼器討論：1、如何提高旋轉(zhuǎn)編碼器的精度？2、如何提高旋轉(zhuǎn)編碼器的可靠性第一部分光電編碼器光柵檢測(cè)裝置基本結(jié)構(gòu)示意圖

1—光源，2—透鏡，3—指示光柵，4—光電元件，5—驅(qū)動(dòng)電路，6—尺規(guī)光柵2、角度編碼器

第一部分光電編碼器光柵尺

透射光柵優(yōu)點(diǎn)：1）光源垂直入射，信號(hào)幅值比較大，信噪比好，光電轉(zhuǎn)換器（光柵讀數(shù)頭）的結(jié)構(gòu)簡單；2）光柵每毫米的線紋數(shù)多，減輕了電子線路的負(fù)擔(dān)。缺點(diǎn)：玻璃易破裂，熱脹係數(shù)與機(jī)床金屬部件不一致，影響測(cè)量精度。透射光柵尺的長度一般都在1～2m，常見的線紋密度為每毫米4、10、25、50、100、200、250線。

反射光柵優(yōu)點(diǎn)：光柵和機(jī)床金屬部件的線膨脹係數(shù)一致，可用鋼帶做成長達(dá)數(shù)米的長光柵。安裝面積小，調(diào)整方便，適應(yīng)於大位移測(cè)量場所。缺點(diǎn)：為了使反射後的莫爾條紋反差較大，每毫米內(nèi)線紋不宜過多，常用線紋數(shù)為4、10、25、40、50。透射光柵反射光柵第一部分光電編碼器光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)光柵讀數(shù)頭與尺規(guī)光柵配合起光電轉(zhuǎn)換作用，將位移量轉(zhuǎn)換成脈衝信號(hào)輸出。有垂直入射讀數(shù)頭、分光讀數(shù)頭、鏡像讀數(shù)頭和反射讀數(shù)頭等。

圓光柵

測(cè)量角位移圓光柵刻有輻射形的線紋，相互間的夾角相等。圓周內(nèi)線紋的數(shù)制一般有二進(jìn)位、十進(jìn)位和六十進(jìn)位等三種形式。直徑為Ф270mm，360進(jìn)制的圓光柵，一周內(nèi)有刻線10,800條。第一部分光電編碼器光柵原理（莫爾條紋）

放大作用；

使柵距的節(jié)距誤差平均化；

根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)方向可以辨別光柵的移動(dòng)方向

第一部分光電編碼器莫爾條紋節(jié)距W

與光柵節(jié)距ω和傾角θ之間的關(guān)係：由於θ很小，因此

莫爾條紋的特點(diǎn)：

光柵橫向移動(dòng)一個(gè)節(jié)距ω，莫爾條紋正好沿刻線上下移動(dòng)一個(gè)節(jié)距W，用光電元件檢測(cè)莫爾條紋信號(hào)的變化就可以測(cè)量光柵的位移。

光柵尺橫向莫爾條紋及其參數(shù)

第一部分光電編碼器細(xì)莫爾條紋干涉原理第一部分光電編碼器是由光線通過線紋衍射後產(chǎn)生的干涉結(jié)果

，平面的光波照射到掃描

板上，通過衍射分成1，0，-1光波，它們?cè)谙辔粬懦咭?guī)上被衍射，光強(qiáng)的大部分反射在1，和-1衍射級(jí)次中。這些光波在掃描掩膜光柵上再次相遇，重新衍射和干涉，此時(shí)，主要生成2個(gè)序列波，它們以不同的角度離開掃描掩膜。光電元件將這些光強(qiáng)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。第一部分光電編碼器討論：角度編碼器與旋轉(zhuǎn)編碼器的異同點(diǎn)？第二部分轉(zhuǎn)變壓器

旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖1—轉(zhuǎn)子軸，2—外殼，3—分解器定子，4—分解器定子繞組，5—變壓器一次線圈，6—變壓器轉(zhuǎn)子，7—分解器轉(zhuǎn)子繞組，8—分解器轉(zhuǎn)子，9—變壓器二次線圈，10—定子線軸旋轉(zhuǎn)變壓器原理

防止氣隙磁通畸變加上相互垂直的繞組第二部分轉(zhuǎn)變壓器

旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理分解器繞組的結(jié)構(gòu)保證了定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙磁通呈正、余弦規(guī)律分佈。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)隨轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角θ機(jī)呈正弦規(guī)律變化。即：或其中，Us，Uc

為定子正弦、余弦繞組上的激磁電壓，k為變壓比。

旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用鑒相方式

在旋轉(zhuǎn)變壓器定子的兩相正交繞組上分別加上幅值相等、頻率相同的正弦、余弦激磁電壓，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)後，兩個(gè)激磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓線性疊加得總感應(yīng)電壓為：因此，只要檢測(cè)出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就知道了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。第二部分轉(zhuǎn)變壓器

鑒幅方式

給定子的兩個(gè)繞組分別通上頻率、相位相同但幅值不同的激磁電壓，

則在轉(zhuǎn)子繞組上得到感應(yīng)電壓為

不斷修改激磁調(diào)幅電壓幅值的電氣角θ電，使之跟蹤θ機(jī)的變化，並測(cè)量感應(yīng)電壓幅值即可求得機(jī)械角位移θ機(jī)

。第二部分轉(zhuǎn)變壓器

多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器上述在一轉(zhuǎn)的360內(nèi)電氣變化與機(jī)械角變化完全對(duì)應(yīng)。增加定子或者轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)，在一圈之內(nèi)使電氣角週期性變化若干次數(shù)，達(dá)到提高精度的目的。

討論：

1、如何提高精度？2、與脈衝編碼器相比可靠性如何？

第二部分轉(zhuǎn)變壓器

第三部分霍爾元件測(cè)量電機(jī)磁場Vh=B

IcRh/dB:磁通密度，Ic:控制電流，Rh:霍爾常數(shù)，d:半導(dǎo)體厚度BSNW1W2BIcVh在電流Ic恒定、半導(dǎo)體材料和幾何尺寸確定的情況下、電勢(shì)的大小與磁通B成線性關(guān)係。1、測(cè)量原理假定在某一半導(dǎo)體中電流Ic以箭頭所示方向流動(dòng)，若磁通B與導(dǎo)體面垂直通過，則在半導(dǎo)體的一側(cè)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)：

2、測(cè)量方法

電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中的不同位置，霍爾元件的輸出電壓呈正弦變化，說明電機(jī)磁場的變化規(guī)律。通過標(biāo)定，就可測(cè)量電機(jī)的磁場。

第三部分霍爾元件測(cè)量電機(jī)磁場霍爾元件測(cè)量的電機(jī)磁場Vh2Vh1IcVhVhVh1BVh23、霍爾元件的特性參數(shù)a)

靈敏度

在1000高斯的磁通下通0.1毫安培電流所輸出的毫伏電壓值。高的靈敏度是霍爾元件的首要條件，但霍爾元件越薄輸入阻抗就越大，電流流動(dòng)受阻。因此，需要末級(jí)放大。b)

輸入阻抗電源電流Ic的阻抗c)

輸出阻抗輸出感應(yīng)電勢(shì)端的阻抗d)不平衡電壓無磁通時(shí)的輸出電壓值，由不對(duì)稱造成的飄移。e)

工作溫度可以使用的溫度範(fàn)圍。第三部分霍爾元件測(cè)量電機(jī)磁場4、霍爾元件的製作一般地，霍爾元件厚度都在幾微米以下?；魻栐奖?，輸出電壓就越大，即霍爾元件越靈敏，但輸入阻抗就越大。a)蒸附法在真空中將半導(dǎo)體銦化娣蒸附到陶瓷類基壁報(bào)上並行成薄膜，並在上埋電極。b)

研磨法

在單晶體板上利用光刻法，製成霍爾元件，然後裝在磁性基板上並進(jìn)行研磨。c)離子注入法鎵化砷為原材料，用鉻作參雜物製成半絕緣的單晶體，採用離子注入法在其表面形成多層活性層而製成元件。厚度小於0.4微米。霍爾元件最大的缺點(diǎn)是隨溫度變化。

第三部分霍爾元件測(cè)量電機(jī)磁場5、霍爾元件的積體電路將測(cè)量用的霍爾元件與開關(guān)功能的電晶體或者放大電路一起製成一個(gè)封裝的積體電路使用。第四部分鐳射測(cè)量系統(tǒng)

受激吸收與受激發(fā)射

1．鐳射的產(chǎn)生

2．鐳射的特點(diǎn)

高單色性鐳射的譜線寬度很窄,比普通光源提高了幾萬倍，是最好的單色光源。

高平行度鐳射是向特定方向發(fā)射的,它的發(fā)散角很小,已達(dá)到幾分,甚至可小到1秒。

高亮度鐳射的光能高度集中,亮度特別高，一臺(tái)紅寶石雷射光束的亮度比太陽表面亮度亮200億倍。高相干性相干性是相干光波在疊加區(qū)產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉條紋所表現(xiàn)的性質(zhì)，可用時(shí)間相干性和空間相干性來描述。時(shí)間相干性是指光源在不同時(shí)刻發(fā)出的光束的相干性，鐳射的相干長度可達(dá)幾十公里,比普通光源提高了幾十萬倍?？臻g相干性是指同一時(shí)間內(nèi)由光源不同部位發(fā)出的光波的相干性,鐳射在任何傳播方向上都具有良好的空間相干性。

第四部分鐳射測(cè)量系統(tǒng)

3.鐳射干涉儀原理（1）邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)

邁克爾干涉儀

由四個(gè)光學(xué)元件（兩塊平板玻璃P1P2和兩塊平面反射鏡M1M2）和一個(gè)精密的移動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。

第四部分鐳射測(cè)量系統(tǒng)

（2）邁克爾遜干涉儀的測(cè)量原理

由光源S來的光，被半反射膜分成二束走向不同的光。根據(jù)平面鏡成像的性質(zhì)，光線S2在MM2之間的光路可以用它在M中的虛像M2‘

來代替。這樣，M2’位於參考鏡M1的附近。M1和M2‘構(gòu)成一“虛平板”，中間為空氣介質(zhì)，虛平板的厚度為h,在觀擦系統(tǒng)中看到的干涉圖樣就是由虛平板所產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。兩相干光束之間的光程差為2h，當(dāng)2h=Kλ，即h=1/2λ時(shí)，觀察屏P上的光的強(qiáng)度最大，呈亮條紋。當(dāng)h=（2K+1）λ/4時(shí)，觀察屏P上的光強(qiáng)度為零，出現(xiàn)暗條紋。在邁克爾遜干涉儀中，M2是固定的，而M1則是由精密絲杠帶動(dòng)可以平移。改變M1和M2‘之間的距離h，也即改變S1和S2的光程差。當(dāng)光程差發(fā)生變化時(shí)，觀察屏上的干涉條紋將明暗交替變化。M1每平移λ/2距離，干涉條紋則移動(dòng)一個(gè)條紋間隔，明亮變化一次。因此，只要對(duì)條紋計(jì)數(shù)，便可以測(cè)得M1的距離。

第四部分鐳射測(cè)量系統(tǒng)

（3）邁克爾遜干涉儀的改進(jìn)

圖示邁克爾遜干涉儀使用的光源是白光，而鐳射干涉儀採用鐳射作光源。這樣，干涉一般不需要補(bǔ)償板P2，另外，採用光電元件計(jì)數(shù)，，光電元件將光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化。設(shè)動(dòng)鏡M1的起始位置出現(xiàn)暗條紋，M1位移X後，光強(qiáng)既非最強(qiáng)，亦非最弱，則表明X既不是λ/2的整數(shù)倍，也不是λ/4的整數(shù)倍。經(jīng)光電元件轉(zhuǎn)換出的電壓UX可寫為UX=UMsin[2πX/(λ/2)]此式描述一正弦波，將此正弦波整形為方波，送入計(jì)數(shù)器即可讀出條紋的明亮變化次數(shù)k。

第四部分鐳射測(cè)量系統(tǒng)

3.雙頻鐳射干涉儀

雙頻鐳射干涉儀是同一雷射器發(fā)出的光分成頻率不同的兩束光（即拍頻信號(hào)）產(chǎn)生干涉

雙頻鐳射干涉儀的工作原理

第四部分鐳射測(cè)量系統(tǒng)

第五部分陀螺儀測(cè)角

三自由度陀螺儀可繞Z軸,X軸η軸轉(zhuǎn)動(dòng)

進(jìn)動(dòng)性和定軸性

進(jìn)動(dòng)：三自由度陀螺儀以角速度ω繞自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在受到某一軸方向的外力矩作用下，將同時(shí)繞著與這一軸垂直的方向以角速度Ω轉(zhuǎn)動(dòng)—稱為進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)角速度：Ω=M/H

M為進(jìn)動(dòng)軸方向的外力矩；H為陀螺儀自旋角動(dòng)量矩H=Cω。C為陀螺儀自旋轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。第五部分陀螺儀測(cè)角

章動(dòng)：三自由度陀螺儀以角速度ω繞自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在受到外力矩作用下，自轉(zhuǎn)軸將發(fā)生偏斜運(yùn)動(dòng)—稱為章動(dòng)。此時(shí)，其進(jìn)動(dòng)角速度α=-Μ/(λH)sinλt

β=Μ/(λH)(1-cosλt)

λ=H/AA為陀螺儀繞X軸（赤道的）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量當(dāng)角速度ω足夠大時(shí)，角動(dòng)量矩H很大，進(jìn)動(dòng)角速度Ω、α、β可以忽略比不計(jì)，這就是三自由度陀螺儀的定軸性。定軸性的特點(diǎn)使得裝有三自由度陀螺儀的慣性平臺(tái)有了一個(gè)參考軸。無論慣性平臺(tái)本身如何擺動(dòng)搖晃，這個(gè)參考軸是不變的，我們可以利用位移感測(cè)器測(cè)量慣性平臺(tái)與定軸的角度，得出平臺(tái)本身的各種傾角，來控制平臺(tái)的姿態(tài)。

第五部分陀螺儀測(cè)角

討論1、從測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)來看，影響陀螺儀精度的有哪些因素？2、

陀螺儀主要應(yīng)用在哪些場合？第五部分陀螺儀測(cè)角

第六部分測(cè)速發(fā)電機(jī)1、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理空載感應(yīng)電勢(shì)：有負(fù)載時(shí)輸出電壓：直流測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理n—測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，Ce—與電機(jī)極對(duì)數(shù)和電樞繞組有關(guān)的係數(shù)，

0—電樞磁通，Ra—電樞回路總電阻，Rz—測(cè)速發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻。直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性第六部分測(cè)速發(fā)電機(jī)儘管對(duì)於不同負(fù)載電阻，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出特性不同。在理想狀態(tài)下，直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速稱線性關(guān)係。2、交流非同步測(cè)速發(fā)電機(jī)工作原理：在N1繞組上施加穩(wěn)定的交流電壓，測(cè)量另一與之垂直繞組上的感應(yīng)電壓U2第六部分測(cè)速發(fā)電機(jī)交流非同步測(cè)速發(fā)電機(jī)的工作原理輸出電壓C1為比例常數(shù)繞組產(chǎn)生磁場->轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流

轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生磁場->磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流主要誤差線性誤差相位誤差剩餘電壓第六部分測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子杯電流對(duì)定子的作用非同步測(cè)速發(fā)電機(jī)相量圖二、原理1、幾個(gè)基本概念磁感應(yīng)強(qiáng)度：B表述磁場的大小和方向的量：（單位實(shí)驗(yàn)繞組所受的最大力矩）

磁通量：Φ通過一給定曲面的總磁力線數(shù)。第一部分直流電機(jī)的控制F力磁場電流BI運(yùn)動(dòng)力磁場電動(dòng)勢(shì)右手定則反電動(dòng)勢(shì)E=vBL磁場強(qiáng)度：HH=B/μμ：介質(zhì)的磁導(dǎo)率（與介質(zhì)相關(guān)的常數(shù)）

自感電動(dòng)勢(shì)：由於導(dǎo)體本身電流的變化引起磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：ε=-LdI/dt互感電動(dòng)勢(shì)：由於其他導(dǎo)體電流的變化引起通過本繞組磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：ε12=-MdI2/dt，ε21=-MdI1/dt

左手定則磁場對(duì)載流導(dǎo)線的作用力：df=IdLB對(duì)於恒定磁場和繞組：F=BIL右旋鑽定則I_->B->F第一部分直流電機(jī)的控制一、直流電機(jī)用於控制電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1、轉(zhuǎn)矩可以十分簡單地計(jì)算，系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分簡單；

2、回應(yīng)高，適應(yīng)大的角加速度；3、暫態(tài)力矩大：永久磁鐵的勵(lì)磁在轉(zhuǎn)子大電流通過時(shí)也不產(chǎn)生畸變。

直流電機(jī)的原理簡圖SNdTrsqsBcFrBIIFF2、運(yùn)動(dòng)原理

第一部分直流電機(jī)的控制N弧極區(qū)S弧極區(qū)+++++++++.........中性區(qū)有刷直流電機(jī)直流電機(jī)的繞組的磁力線和電流示意圖

控制時(shí)，需要靠整流子將電樞繞組的導(dǎo)線電流的流動(dòng)變成上述分佈的。按照上述電磁理論可得：速度v=Rω電機(jī)轉(zhuǎn)矩：

T=ZRBLI=KTIa反電動(dòng)勢(shì)：

E=vBLZ/2=Keω

第一部分直流電機(jī)的控制3、等效電路圖

RaIaE=KeωV電壓方程：V=RaIa+Keω轉(zhuǎn)矩：T=KTIa=KT/Ra(V-Keω)E=vBLZ/2第一部分直流電機(jī)的控制整流子（換向片）絕緣體繞組電刷短路繞組應(yīng)處於無磁通區(qū)（中性區(qū)），免受感應(yīng)電動(dòng)式。4、控制與結(jié)構(gòu)圖

5、直流電機(jī)的動(dòng)特性考慮轉(zhuǎn)子的慣性影響：Jdω/dt考慮電感的影響：LdIa/dt電機(jī)扭矩：T=To+Jdω/dt(1)電樞電壓：V=IaRa+Keω+LdIa/dt(2)電機(jī)扭矩：T=KtIa(3)(2)(3)即可分析電機(jī)動(dòng)特性

6、直流電機(jī)特點(diǎn)：控制電磁的旋轉(zhuǎn)方向，使兩個(gè)磁場的力最大並能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。要解決的問題：力矩的脈動(dòng)、死點(diǎn)、發(fā)熱、損耗、可靠性等問題。從電機(jī)的結(jié)構(gòu)、材料等所有的方式。

第一部分直流電機(jī)的控制第一部分直流電機(jī)的控制三、直流伺服電機(jī)的控制

1、直流電機(jī)的作為伺服電機(jī)的關(guān)鍵就是使加在電樞上的電壓發(fā)生變化。即由V=RaIa+Keω公式得：ω=(V-RaIa)/Ke，改變電壓從而改變速度ω。

直流伺服電機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖

TGPGDC伺服放大器偏差計(jì)算D/A變換位置檢測(cè)位置指令速度指令電流指令速度檢測(cè)電流檢測(cè)DC電源速度指令電壓第一部分直流電機(jī)的控制2、伺服放大器兩種放大方式：電壓控制電流控制電流信號(hào)發(fā)生器PWM電流指令電流回饋Tr1Tr2Tr3Tr4電刷整流子絕緣體繞組電刷由伺服放大器供電（1）電壓控制：電晶體線性放大工作區(qū)，小功率500瓦以下；電晶體開關(guān)方式：大功率電晶體，PWM電樞平均電壓：V=E(tp-tn)/(tp+tn)（2）電流控制：電流控制與電壓控制僅增加了差動(dòng)放大器，將指令值和回饋值之差放大，再變成電壓控制。第一部分直流電機(jī)的控制tptn電流波形-EE電壓指令-EE電壓指令三角波三角波+-第二部分無刷直流電機(jī)的控制一、無刷直流電機(jī)原理利用元件檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置（磁場的位置），控制定子繞組的通電次序。以使定子電磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)扭矩。位置的檢測(cè)用霍爾元件和光電元件。Tr1Tr1Tr3Tr4Tr5Tr6UVWWVUT6T1T2T5T2T3光旋轉(zhuǎn)方向指令16WV電流的磁場方向電流的磁場方向旋轉(zhuǎn)磁場方向SN通電順序：100110->100101->101001->011001->011010->010110第二部分無刷直流電機(jī)的控制2、利用霍爾元件測(cè)量的控制原理

aSNbSNcSN霍爾元件霍爾元件霍爾元件W1W2Vh1Vh2VhBIcVhVh1Vh2BTr2W2W1Tr1BSNW1W2從式可看出，除轉(zhuǎn)矩外，再?zèng)]有其他控制量可影響轉(zhuǎn)速?？焖贉?zhǔn)確地控制轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)矩實(shí)際值Td對(duì)其給定值Td*回應(yīng)如圖所示。轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速關(guān)係是一個(gè)小慣量環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為:

m——轉(zhuǎn)矩環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。(s)TsTdmd*+=s11TdTOt*dTTO圖4－1

轉(zhuǎn)矩響應(yīng)波型a)

小慣性

b)大慣性a)b*dTdT

如果Td對(duì)Td*的回應(yīng)如圖4-1b)所示，它是一個(gè)振盪環(huán)節(jié)，且阻尼較小，無論怎樣設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)器都很難獲得滿意結(jié)果。從上述討論可以看出，調(diào)速的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)矩控制。二、統(tǒng)一的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式電動(dòng)機(jī)，無論是直流還是交流，都由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。它們分別產(chǎn)生定子磁通勢(shì)向量和轉(zhuǎn)子磁能磁通勢(shì)向量（圖4-3），將其合成，得合成磁通勢(shì)向量，由它產(chǎn)生磁鏈向量（通過Ns個(gè)線圈的磁力線總數(shù)）

，好像空間有兩塊磁鐵，一塊是固定的，另一塊是可轉(zhuǎn)動(dòng)的。當(dāng)這兩塊磁鐵的磁通勢(shì)向量方向一致時(shí)，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不動(dòng)；若方向不一致，它們將互相吸引，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

通勢(shì)矢量圖cFsFrFcsqrcqrsq圖4－3

電動(dòng)機(jī)磁定子磁通勢(shì)向量：由定子繞組通三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的磁通勢(shì)，是由三個(gè)繞組的磁勢(shì)的基波磁勢(shì)合成的。旋轉(zhuǎn)速度為：n1=60f/p，n1為同步速度。由於單相繞組的磁勢(shì)是矩型分佈，除基波外，還有其他頻率的諧波成分（由富裏埃級(jí)數(shù)展開），諧波磁勢(shì)一般對(duì)電機(jī)運(yùn)行帶來不利，採用短距和分佈繞組就是達(dá)到消除諧波磁勢(shì)這一目的。轉(zhuǎn)子磁能磁通勢(shì)向量：電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子以低於n1的同步速度n運(yùn)行，這樣氣隙磁勢(shì)的速度與轉(zhuǎn)子相差一個(gè)速度Δn=n1-n=sn1，轉(zhuǎn)子將以sn1速度切割氣隙磁場，在轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條中產(chǎn)生電流，這個(gè)電流也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。轉(zhuǎn)子的磁場頻率為：f2=Δnp/60,旋轉(zhuǎn)速度為：n2=n+Δn=n1，這表明轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率落後於磁場旋轉(zhuǎn)頻率，有一個(gè)滑差s。以保證轉(zhuǎn)子能夠切割定子磁場的磁力線。但轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)向量與定子磁通勢(shì)向量旋轉(zhuǎn)速度相同。由電磁場理論知道，作用在繞組上的轉(zhuǎn)矩等於：式中——磁場能量（由於存在氣隙，磁場能量幾乎全部儲(chǔ)存在氣隙中）；——從到的夾角。式中B——磁感應(yīng)強(qiáng)度

H——磁場強(qiáng)度。在氣隙裏，B比例於H，而H比例於合成磁通勢(shì)，所以式中——合成磁通勢(shì)向量的數(shù)值；——比例係數(shù)。磁場能量的增量合成磁通勢(shì)：

將其代入式得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式為

式中Km——比例係數(shù)由於和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式還可以改寫為

這是統(tǒng)一的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式，適合於各種電動(dòng)機(jī)

從這些公式可以看出，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩等於三個(gè)磁通勢(shì)向量Fs

、Fr和Fc中任兩向量的模和它們間夾角的正弦值之積，即向量平行四邊形的面積。它只與這些向量的大小與相對(duì)位置有關(guān)，而與它們的絕對(duì)位置、是否轉(zhuǎn)動(dòng)無關(guān)，我們可以從便於實(shí)現(xiàn)出發(fā)，按任一公式控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。

FcFrFrFrθrsθcs討論：1、交流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理。2、直流電機(jī)與交流電機(jī)的磁場有什麼異同？第三部分交流伺服電機(jī)控制原理一、交流電動(dòng)機(jī)向量控制基本概念交流電動(dòng)機(jī)的磁通勢(shì)向量Fs、Fr和Fc都在空間以同步速度旋轉(zhuǎn)，彼此相對(duì)靜止，欲控制轉(zhuǎn)矩，必須控制任兩磁通勢(shì)向量的大小和相對(duì)位置。通常的變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制量是交流電動(dòng)機(jī)的定子電壓幅值和頻率（電壓控制型）或定子電流幅值和頻率（電流控制型），它們都是標(biāo)量，故稱為標(biāo)量控制系統(tǒng)。在標(biāo)量控制系統(tǒng)中，只能按電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行控制，不能控制任意兩個(gè)磁通勢(shì)向量的大小和相對(duì)位置，轉(zhuǎn)矩控制性能差。欲改善轉(zhuǎn)矩控制性能，必須對(duì)定子電壓或電流實(shí)施向量控制，既控制大小，又控制方向。交流電動(dòng)機(jī)的所有向量（磁通勢(shì)、磁鏈、電壓、電流等）都在空間以同步速度旋轉(zhuǎn)，它們?cè)诙ㄗ幼鴺?biāo)系（靜止系）上的各分量，即在定子繞組上的物理量，都是交流量，控制和計(jì)算不方便。如果採用座標(biāo)變換，使人從靜止坐標(biāo)系進(jìn)入同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，站在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上看，電動(dòng)機(jī)各向量都變成了靜止向量，它們?cè)谧鴺?biāo)系上各分量都是直流量，可以很方便地從統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)，找到轉(zhuǎn)矩和被控向量各分量的關(guān)係，即時(shí)地算出轉(zhuǎn)矩控制所需的被控向量（電壓或電流等向量）各分量間的關(guān)係，即時(shí)地算出轉(zhuǎn)矩控制所需的被控向量的直流分量的值（直流給定量）。由於這些被控向量的直流分量在物理上不存在，我們還必須再經(jīng)過座標(biāo)變換，從旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系回到到靜止系，把上述直流給定量變換成物理上存在的交流給定量，在定子坐標(biāo)系對(duì)交流量進(jìn)行控制，使其實(shí)際值等於給定值。整個(gè)向量控制過程或用下圖所於框圖表示：向量控制的關(guān)鍵是靜止坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的座標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)該變換的關(guān)鍵是找到兩坐標(biāo)系之間的夾角。（夾角實(shí)現(xiàn)座標(biāo)關(guān)係）向量控制系統(tǒng)分為兩類：1.按轉(zhuǎn)子位置定向的向量控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的水準(zhǔn)軸位於電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子圓的軸線上，隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，這時(shí)靜止和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的夾角就是轉(zhuǎn)子位置角。永磁同步電動(dòng)機(jī)和無換向器電動(dòng)機(jī)的向量控制系統(tǒng)屬於這一類。2.按磁通定向的向量控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)的基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的水準(zhǔn)軸位於電動(dòng)機(jī)磁通和磁鏈軸線上，與磁場一起旋轉(zhuǎn)，這時(shí)靜止和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的夾角不能直接測(cè)取，需通過計(jì)算獲得，系統(tǒng)較複雜，但易維持磁鏈恒定，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理。通常的同步電動(dòng)機(jī)和非同步電動(dòng)機(jī)向量控制系統(tǒng)屬於這一類。旋轉(zhuǎn)磁場是電機(jī)運(yùn)動(dòng)的根本。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場不一定非要三相，除單相以外，兩相及多相對(duì)稱繞組通以相應(yīng)的平衡電流都能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。如果使兩通以直流電的繞組同時(shí)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則產(chǎn)生的合成磁勢(shì)Fc也以同速旋轉(zhuǎn)。無論是多相、三相、兩相非同步或者同步電機(jī)（直流電機(jī)是同步電機(jī)的特例），通以適當(dāng)?shù)碾娏?，電機(jī)內(nèi)將只有定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)合成的磁勢(shì)存在，可以進(jìn)一步認(rèn)為，定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)Fs，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)Fr，這樣，就可以把所有的電機(jī)等效成兩相繞組的電機(jī)。向量控制的目的是為了改善轉(zhuǎn)矩控制特性,而最終實(shí)施是要落實(shí)到對(duì)定子電流(交流)的控制上.第四部分向量變換原理二、交流電動(dòng)機(jī)的坐標(biāo)系及符號(hào)規(guī)定1.定子坐標(biāo)系（R-S-T和坐標(biāo)系）

這兩個(gè)坐標(biāo)系在空間固定不動(dòng)，是靜止坐標(biāo)系

2.轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系（d-q坐標(biāo)系）轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系固定在轉(zhuǎn)子上，其d軸位於轉(zhuǎn)子外圓的軸線上，q軸超前d軸90°，該坐標(biāo)系隨轉(zhuǎn)子一起在空間以轉(zhuǎn)子速度旋轉(zhuǎn)。同步電動(dòng)機(jī)，d軸是轉(zhuǎn)子磁極（合成）的軸線，非同步電動(dòng)機(jī)，可定義轉(zhuǎn)子上任一軸線為d軸（不固定）

3.磁鏈坐標(biāo)系

（坐標(biāo)系）磁鏈坐標(biāo)系的軸固定在磁鏈向量上，軸超前軸90°，該坐標(biāo)系和磁鏈向量一起在空間以同步速度旋轉(zhuǎn)。第四部分向量變換原理4、d、q變換的目的d-q變換的實(shí)質(zhì)：為了分析上的方便和直觀性，往往將交流電機(jī)的控制變換成直流電機(jī)的繞組形式下加以討論，在這一形式下討論的控制結(jié)果，再變換回交流電機(jī)的繞組。d、q軸的選擇：為了將交流變直流，需要將d、q座標(biāo)選擇在旋轉(zhuǎn)的磁場上，因此直觀來看，d、q軸座標(biāo)是與旋轉(zhuǎn)磁場一起運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)然，也可以認(rèn)為d、q軸座標(biāo)不動(dòng)，而定子繞組是旋轉(zhuǎn)的。第四部分向量變換原理三、交流電動(dòng)機(jī)的空間向量概念

空間向量：

三個(gè)分量：數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

控制方式數(shù)控機(jī)床電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要指對(duì)機(jī)床的工作臺(tái)和主軸的控制。其控制方式有三種，如下表數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

開環(huán)控制

NC指令步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

半閉環(huán)控制

NC指令位置控制速度控制電機(jī)工作臺(tái)感測(cè)器數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

全閉環(huán)控制

NC指令位置控制速度控制電機(jī)工作臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

混合式控制

NC指令位置控制速度控制電機(jī)工作臺(tái)比較器測(cè)速機(jī)旋變NSNS數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服電機(jī)的控制原理（1）直流電機(jī)的原理直流電機(jī)工作原理：根據(jù)弗來名左手定則，在磁場中通電導(dǎo)線產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。線卷通電流，炭刷在幾何中心線，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場相垂直。為了保持線卷的轉(zhuǎn)向不變。其中的電流交變。數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服電機(jī)的控制原理（2）交流電機(jī)的原理如下：

（1）未通電流（2）S線卷通電流（3）T線卷通電流

根據(jù)上面的分析，交流伺服電機(jī)和同步電機(jī)的構(gòu)造相似。根據(jù)弗來名左手定則，在磁場中通電導(dǎo)線產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。它的控制是通過放大器把直流變成可變頻的交流，它和一般非同步機(jī)，同步機(jī)不同，這種變頻器的輸出頻率是受安裝在同步機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的位置感測(cè)器所控制。每當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過一對(duì)磁極，逆變器的交流電輸出相應(yīng)交變一個(gè)週期，這是一種“自控式變頻器”，它保證變頻器的輸出頻率和電機(jī)的轉(zhuǎn)速始終保持同步，而不失步。T2S1R2S2‘T1R1NST2S1R2S2‘T1R1NST2S1R2S2‘T1R1NS數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服電機(jī)的控制原理（3）直流電機(jī)與交流電機(jī)的區(qū)別數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服電機(jī)的控制原理（4）

實(shí)際的FANUC伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

縱剖面圖橫剖面圖1，定子2，磁鐵3，通風(fēng)孔4，軸1，定子2，磁鐵3，壓板4，繞組實(shí)際的FANUC伺服電機(jī)是8極的，其轉(zhuǎn)速為N（min-1），5，編碼器6，出線N＝(2f/8)x60=15f,例如，當(dāng)f=80Hz,N=15x80=1200（min-1）;數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服電機(jī)的控制原理（5）

交流伺服速度控制原理

A為放大器F/V為頻率電壓變換器VCMD乘計(jì)算轉(zhuǎn)子位置計(jì)算A乘計(jì)算AAA三角波F/VPWM驅(qū)動(dòng)IGBTMPCTorque

SINθSIN（θ－240°）θRST數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服電機(jī)的控制原理（7）關(guān)於編碼器：FANUC的交流伺服電機(jī)要求根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置旋轉(zhuǎn)，由於編碼器裝在轉(zhuǎn)子上，也就是利用轉(zhuǎn)子的位置控制定子的電流。使定子電流產(chǎn)生的磁勢(shì)領(lǐng)前於轉(zhuǎn)子磁勢(shì)90°。其內(nèi)裝編碼器分兩部分：絕對(duì)值部分和增量部分。以下是絕對(duì)值部分，利用格雷碼編碼。提高了抗干擾的能力。數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服電機(jī)的控制原理（8）只採用格雷碼的編碼器精度不高，每360°電角度很難保證電機(jī)的電流為平滑正弦波形。為此增加細(xì)分部分。利用增量式脈衝編碼器，比如每360°電角度內(nèi)有2000P脈衝，那麼每格雷碼為2000P/16＝215P，

細(xì)分原理三相正弦電流的產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服電機(jī)的控制原理（9）PWM控制：如右圖。利用三角波的載波得到近似的正弦波輸出。其載波的頻率為1－3kHz。三相伺服電機(jī)就是利用這種方波供電。因此電壓波形不是正弦，而電流卻是正弦。數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

主軸電機(jī)的控制原理（1）主軸向量控制原理：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子旋加1的三相交流電壓，產(chǎn)生1旋轉(zhuǎn)電機(jī)的等效電路如下：的磁場。假設(shè)定子為相互正交以角速度1旋轉(zhuǎn)的兩繞組1－1‘和2－2組成。1－1流過勵(lì)磁電流分量I0產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通2，轉(zhuǎn)子繞組3－3感應(yīng)電流，因而2－2繞組也感應(yīng)電流I2；電機(jī)的轉(zhuǎn)矩T為：

T2I2I0I2數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

主軸電機(jī)的控制原理（2）主軸向量控制原理：

根據(jù)向量控制的原理，I0與I2之間要求正交那麼從上面的電路圖可以看出：

1×M’×I0＝(r2’/s)×I2，所以

s×1＝(r2’/M’)×(I2/I0)=(r2/L2)×(I2/I0)

這就是向量控制的條件。數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服電機(jī)的控制原理（2）數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

主軸電機(jī)的控制原理（3）左圖為目前數(shù)控系統(tǒng)中使用的控制圖共用一個(gè)電源和一個(gè)再生控制數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服放大器的發(fā)展（1）相位控制70年代早期：以低頻回應(yīng)和大的轉(zhuǎn)子慣量保證魯棒性和穩(wěn)定性PWM控制70年代末期：採用PWM，提高了回應(yīng)性，中低慣量的直流電機(jī)仍得到應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服放大器的發(fā)展（2）伺服進(jìn)給採用同步機(jī)主軸壓頻及滑差控制80年代早期：由於同步電機(jī)的高回應(yīng)及急仃時(shí)的動(dòng)態(tài)制動(dòng)而採用。非同步電機(jī)變頻時(shí)具有寬的恒功率調(diào)速範(fàn)圍而得到應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服放大器的發(fā)展（3）向量控制及採用DSP80年代後期：由於向量演算法的解決；DSP在控制電機(jī)中的應(yīng)用；以及IGBT具有更好的特性產(chǎn)生了數(shù)字伺服。數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服放大器的發(fā)展（4）數(shù)字控制90年代：數(shù)字伺服控制技術(shù)的改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)高速，高精加工。前饋控制向量控制數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)

伺服放大器的發(fā)展（5）採用數(shù)字伺服技術(shù)伺服控制越來越多採用數(shù)字伺服系統(tǒng)。伺服技術(shù)是NC系統(tǒng)的重要組成部分。廣義上說，採用電腦控制，控制演算法採用軟體的伺服裝置稱為“數(shù)字伺服”，有時(shí)也稱為“軟體伺服”。它有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）無溫漂，穩(wěn)定性好。（2）基於數(shù)值計(jì)算，精度高。（3）通過參數(shù)對(duì)系統(tǒng)設(shè)定，調(diào)整減少。（4）容易構(gòu)成各種形式的P、I、D控制。（5）容易做成ASIC電路。用這三個(gè)正弦位置信號(hào)去控制定子三個(gè)繞組的電流，使得定子磁通勢(shì)空間向量：代入統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩式，得

這一公式與恒磁直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩式一樣，不同之處僅在於直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩比例於直流電樞電流，而永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩比例於定子交流電流幅值。因此，比例常數(shù)

基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系位於電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上，屬按轉(zhuǎn)子位置定向的向量控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：隨負(fù)載增加，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)降低，定子電壓升高。定子電壓向量垂直於合成磁通勢(shì)向量（忽略定子繞組電阻和漏抗壓降影響）定子電流向量垂直轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)向量，功率因數(shù)角（和間夾角）等於和之間夾角，隨負(fù)載增加，加大，的幅值和角加大，使得電動(dòng)機(jī)電壓升高，功率因數(shù)下降。這種控制方法只適用於小容量。措施：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成凸極形式，橫軸氣隙大，使磁鏈向量向偏斜，和減小。六、普通同步電動(dòng)機(jī)按磁通定向的向量控制原理

永磁同步電動(dòng)機(jī)的按轉(zhuǎn)子位置定向的向量控制系統(tǒng)簡單，調(diào)速性能好。從原理上說，也可以用於普通同步電動(dòng)機(jī)，但它的功率指標(biāo)差，隨負(fù)載增加，電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)變差，定子電壓升高。為克服上述缺點(diǎn)。普通同步電動(dòng)機(jī)的向量控制以磁鏈和磁化電流向量為基準(zhǔn)，採用按磁通定向的控制方法?？刂扑悸?

隨負(fù)載增加，適當(dāng)加大勵(lì)磁電流向量（代表轉(zhuǎn)子磁能勢(shì)向量）的值和它與定子電流向量（代表定子磁通勢(shì)向量）之間的夾角，使得和磁化電流向量（代表合成磁通勢(shì)向量和磁鏈向量）之間的夾角不變——電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)不隨負(fù)載變化。在負(fù)載變化時(shí)，維持磁化電流值和磁鏈值恒定——定子電壓恒定條件。

同步電機(jī)結(jié)構(gòu)NSNS所有空間向量都在空間以同步角速度旋轉(zhuǎn)，它們位於空間任何位置。習(xí)慣上把磁鏈軸（軸）置於水準(zhǔn)位置，站在軸上看，定子軸以反向旋轉(zhuǎn)。

是功率因數(shù)角。d軸求2/3座標(biāo)變換的角度求扭矩與電流is的關(guān)係在坐標(biāo)系上分解定子電流向量和勵(lì)磁電流向量得：

由統(tǒng)一轉(zhuǎn)矩公式，代入電流向量和磁通勢(shì)向量之間的關(guān)係得同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式：由於和按平行四邊形法則合成，所以

如果能在負(fù)載變化時(shí)施加控制，使和恒定，則

稱為定子電流轉(zhuǎn)矩分量

同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式和直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式很相似，差別僅在於直流電動(dòng)機(jī)公式中的轉(zhuǎn)矩電流是物理上存在的電樞電流，而同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流是不直接存在的定子電流向量在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系軸上的直流分量。

與的控制：—定子電流的磁化分量

—?jiǎng)?lì)磁電流的磁化分量

的期望值：

轉(zhuǎn)子上施加的勵(lì)磁電流給定值：的期望值，對(duì)應(yīng)於磁鏈的期望值。（4－29）1從速度調(diào)節(jié)器和式（4－29）計(jì)算被控向量的直流控制分量和，再經(jīng)第二個(gè)座標(biāo)變換（從坐標(biāo)系到R、S、T坐標(biāo)系的座標(biāo)變換——2/3變換）就能得到物理上存在的定子三個(gè)電流的給定量、、，使定子三個(gè)電流的實(shí)際值等於它們的給定值，便完成了全部向量控制任務(wù)。上述向量控制過程的關(guān)鍵是找到座標(biāo)變換所需的軸和R軸之間的夾角——磁鏈位置角。有兩種計(jì)算角的方法：

電流模型

電壓模型

電流模型：利用定子電流磁化和轉(zhuǎn)矩分量的給定量、，和磁化電流的期望值，以及用裝於電動(dòng)機(jī)軸上的位置發(fā)送器測(cè)得的轉(zhuǎn)子位置角，計(jì)算期望的磁鏈位置角，用代替進(jìn)行座標(biāo)變換。計(jì)算角的方法之一電壓模型：利用測(cè)到的定子三相電壓實(shí)際值，直接計(jì)算電動(dòng)機(jī)磁鏈向量的模和位置角,故稱直接法。3/2變換

計(jì)算角的方法之二七、非同步電動(dòng)機(jī)按磁通定向的向量控制原理

交流電動(dòng)機(jī)的合成磁通勢(shì)和磁鏈

氣隙合成磁通勢(shì)和氣隙磁鏈；同步電機(jī)選擇的磁鏈座標(biāo)！定、轉(zhuǎn)子通過氣隙相互交鏈的那部分磁鏈定子合成磁通勢(shì)和定子磁鏈；氣隙磁鏈與定子漏磁鏈的和

轉(zhuǎn)子合成磁通勢(shì)和轉(zhuǎn)子磁鏈。氣隙磁鏈與轉(zhuǎn)子漏磁鏈的和

—定、轉(zhuǎn)子繞組互感；—定子繞組漏感；—轉(zhuǎn)子繞組漏感；—定子繞組全電感；—轉(zhuǎn)子繞組全電感。

在非同步電動(dòng)機(jī)按磁通定向的向量控制系統(tǒng)中，以轉(zhuǎn)子磁鏈為基準(zhǔn)，因此磁鏈位置軸位於軸。圖中所有向量都以同步角速度旋轉(zhuǎn)。

定子磁鏈在定子繞組中感應(yīng)出的定子全電動(dòng)勢(shì)

轉(zhuǎn)子磁鏈在轉(zhuǎn)子繞組裏感應(yīng)出的轉(zhuǎn)子全電動(dòng)勢(shì)

以為基準(zhǔn)，可以使磁鏈值僅受控制，與（代表轉(zhuǎn)矩大小）無關(guān)，實(shí)現(xiàn)解耦。

rcqlLjrYsYaYsmLissLisirmLirrLirirreraessesaedtdiLsssdtdiLrrsSj（定子軸－靜止軸）

（轉(zhuǎn)子位置軸）drwswo異步電動(dòng)機(jī)矢量圖（磁鏈位置軸）1