中国矿业大学研究生交流调速论文 老师：何凤有

系统研究的高度重视，其研究工作主要是针对由逆变器供电的永磁同步电机性能的研究和对永磁同步系统控制的研究。在逆变器供电的情况下，永磁同步电机原有的特性将受到一定的影响，其稳态特性及暂态特性与恒定频率供电情况下的永磁同步电机相比有着不同的特点

[2～3]

。对同步电机的分析，传统上是采用同步

旋转坐标 d，q 上的 Park 模型，在实际应用中，Park模型可以解决永磁同步电机性能分析和控制中的主要问题[4]

，但是考虑到电机的磁路饱和和交叉藕合问题，Park 模型的分析存在误差。为了提高永磁同步电机的分析精度，必须考虑磁路饱和及 d，q 坐标参量之间的交叉藕合问题。采用有限元分析法求解永磁同步电机的参数，并用实验测量电机参数的变化规律以修正电机的数学模型，可以很好的描述永磁同步电机的运行特性[5]。永磁同步电机由永磁体励磁，因而它无励磁损耗，铜耗较小，但其磁路结构复杂，铁耗难以计算。而铁耗直接影响电机的温升，会影响永磁体的磁性能，并改变伺服系统的性能。人们运用等效磁路的方法及考虑饱和非线性情况下用有限元法求解永磁同步电机的铁耗，结果令人满意。80 年代以来，随着各种相关技术的飞速发展，有关永磁同步电机矢量控制系统的研究成果不断涌现，为高性能永磁同步伺服系统的研究与应用奠定了基础。永磁同步电机矢量控制系统的电流控制方法对系统的运行特性有很大影响，必须研究不同电流控制方法时系统所具有的动静态特性。其控制方法有：转矩电流比最大的电流控制方法、直轴电流等于零的控制方法、功率因数等于 1 的控制方法、气隙磁链恒定的控制方法，这些方法提供了不同的调速性能，可以适合于不同要求的应用场合。一般情况下，永磁同步伺服系统必须具有较宽的调速范围，很稳定的转矩输出特性。为了满足实际需要，在额定转速以下电机按恒转矩运行，在额定转速以上，电机按恒功率运行。随着电机转速上升，电机定子绕组中感应电动势不断增加，当电机转速上升到一定程度时，逆变器输出电流将不能跟踪电流给定，电机输出转矩下降，性能变差。为提高高速时电机转矩输出能力，需对电机实施弱磁控制。然而，永磁同步电机的磁场是由永磁体产生的，不能像直流电机和异步电机那样进行控制。为了实现弱磁，在电机电枢绕组中加入直轴电流，利用电机直轴电枢反应抵消永磁体产生的磁场，从而提高永磁同步电机的高速运行性能[6]

。

随着微型计算机技术，特别是 DSP 技术的飞速发展，永磁同步伺服系统的数字化正在如火如荼的进行着。数字控制技术的应用，不仅使系统获得高精度、

高可靠性，还为新型控制理论和方法的应用提供了基础。DSP 和单片机的应用，大大简化了系统结构，提高了系统性能，并出现了全数字化软件伺服系统，显著提高了永磁同步伺服系统的可靠性、柔性和动态性能。80 年代开始，国外一些著名的公司，如：日本的 FANUC、安川、富士通、松下，美国的 AB 公司、科尔摩根公司，德国的西门子公司，法国的 BBC 公司、韩国三星公司等不断推出交流伺服、调速驱动产品，伺服、调速驱动市场几乎是外国公司一统天下的局面。而后，我国的华中理工大学、中科院沈阳自动化研究所、兰州电机厂等单位开始研究并推出交流伺服、调速系统。

3 电动机数学模型分析方法的发展

永磁同步电动机是一个多输入、强耦合、非线性系统，为了提高控制精度，非线性系统状态反馈线性化理论逐步被引入到电机的控制中来，但由于该方法理论的复杂性，限制了它的推广应用。逆系统方法是分析非线性系统的另一种方法，其思想是对于给定系统，让对象的模型生成可用反馈方法实现的原系统的“α阶积分拟系统”，将控制对象补偿成为具有线性传递关系的且已经解耦的规范化系统（伪线性系统）。再用线性系统的各种设计理论完成系统的综合[7]

。该方法具有在理论上形式统一，物理概念清晰直观，容易被人们接受。

4数字控制器的发展

初期的交流调速控制系统在控制算法实现时,采用的是分立电子器件组成的模拟控制器,因为需要通过分立器件搭建模拟电路来完成坐标变换等复杂的在线运算,所以控制器实现的模拟电路极为复杂[8]

。接着模拟控制器由分立器件发展为集成电路。在二十世纪八十年代,交流控制系统中出现了微控制器,这使得控制算法实现由硬件电路发展为软件控制。微控制器历经8位、16位到32位微机和高速数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)三个阶段的发展,实现了控制系统的数字化,这使得控制电路得到了大大简化,同时也改善了控制系统的可靠性、实用性和可维修性。微处理器的出现也使交流调速系统功能更加完善,使用更加方便,这些改善使得交流调速控制系统在进入二十世纪九十年代后不断取代直流调速系统,成为电力传动系统的主流。现在具有并行处理能力的逻辑门阵列（FPGA）大量应用在电机调速领域，在调速精度和速度上都得到很大的提高。