交流永磁同步伺服电动机PMSM作为一种最常用的伺服电动机,以其具有体积小、损
耗低、效率高等优点,在机电一体化设备中得到了广泛应用,伺服控制系统在电动机矢量控定转子参考坐标系示意
制的基础上就可以实现速度和位置的精密
控制。
在理解磁场定向矢量控制技术之前,
需要对电动机的定转子坐标系有一个清楚
的概念,如图8-34定转子参考坐标系示意
所示,一个三相交流的磁场系统ABC(空
间相差120°)和一个旋转体上的直流磁场
系统dq(空间相差90°),通过两相交流系统αβ作为过渡,两坐标系的线性物理量可
以互相进行等效变换,这样变换的目的就
是可以将用于控制交流调速的给定信号变
换成类似于直流电动机磁场系统的控制信
号。进一步来说,一个旋转体上的直流磁场
系统与一个三相交流磁场系统物理意义相同,但是数学表达方式上却简单了很多,在旋转体上建
立的直流磁场坐标系dq,可以理解为有两个互相垂直的直流绕组同处于一个旋转体上,两个绕组
中分别独立地通入由给定信号分解而得的励磁电流信号id和转矩电流信号iq,并把id、iq作为伺
服控制系统电流环的基本控制信号,通过等效变换算法,可以得到与控制信号id和iq等效的三相
交流控制信号ia、ib、ic,用它们去控制电力电子逆变电路。而系统运行过程中的三相交流数据
ia、ib、ic,又可以用这个变换的逆算法等效变换成两个互相垂直的直流信号Id-feedback和Iq-feedback反
馈到控制器前端,用来修正基本控制信号id和iq,如图8-35所示。
矢量控制的基本思想是:在普通的三相交流电动机上模拟直流电动机转矩的控制规律,
磁场定向坐标通过矢量变换,将三相交流电动机的定子电流分解成励磁电流分量和转矩电流
分量,并使这两个分量相互垂直,彼此独立,然后分别调节,以获得像直流电动机一样良好
的动态特性。因此矢量控制的关键在于对定子电流幅值和空间位置(频率和相位)的控制。
矢量控制的目的是改善转矩控制性能,最终的实施是对id、iq的控制。目前对于PMSM矢
量控制的电流控制方法主要有:id=0控制、最大转矩控制、弱磁控制、cosΦ=1控制、最
大效率控制等,以上控制方法各有优缺点,需要根据控制的实际情况进行选择。在缝纫机伺
服控制系统中通常采用id=0控制方法,该控制方法因将励磁电流分量设置为零,所以不会
使转子永磁体退磁,电动机所有电流均用来产生电动机的电磁转矩,电流控制效率较高,对
于转子永磁体面装式的PMSM电动机这种控制方法所产生的电磁转矩是最大的。