基于交流永磁同步电机的全数字伺服控制系统
摘要：根据永磁同步电机的数学模型和矢量控制原理，通过仿真和实验研究，开发出一套基于DSP控制的伺服系统，并给出了相应的实验结果验证该系统的可行性。关键词：永磁同步电机；矢量控制；数字信号处理器
引言
目前，交流伺服系统广泛应用于数控机床，机器人等领域，在这些要求高精度，高动态性能以及小体积的场合，应用交流永磁同步电机（PMSM）的伺服系统具有明显优势。PMSM本身不需要励磁电流，在逆变器供电的情况下，不需要阻尼绕组，效率和功率因数都比较高，而且体积较同容量的异步电机小。近几年来，随着微电子和电力电子技术的飞速发展，越来越多的交流伺服系统采用了数字信号处理器（DSP）和智能功率模块（IPM），从而实现了从模拟控制到数字控制的转变。促使交流伺服系统向数字化、智能化、网络化方向发展。本文介绍了一种永磁同步电机的伺服系统设计方法，它采用F240DSP作为控制芯片，同时采用定子磁场定向原理（FOC）进行控制。实验结果证明，该系统设计合理，性能可靠，并已成功地应用于实际的伺服控制系统中。
图1 系统控制框图
1 PMSM数学模型
永磁电机可分为两种：一种输入电流为方波，也称为无刷直流电机（BLDCM）；另一种输入电流为正弦波，也称为永磁同步电机（PMSM）。本文针对后者的系统设计。为建立永磁同步电动机的转子轴（dq轴）数学模型，作如下假定：
1）忽略电机铁心的饱和；
2）不计电机的涡流和磁滞损耗；
3）转子没有阻尼绕组。
在上述假定下，以转子参考坐标（轴）表示的电机电压方程如下：
定子电压方程
ud=Rsid＋pψd－ωeψq （1）
uq=Rsiq＋pψq＋ωeψd （2）
定子磁链方程
ψd=Ldid＋ψf （3）
ψq=Lqiq （4）
电磁转矩方程
Tem=3/2Pn[ψfiq＋(Ld－Lq)idiq] （5）
电机的运动方程
J(dwm/dt)=Tem－TL （6）
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