永磁同步电机调速设计研究
摘 要：在用电系统中，电动机作为主要的动力设备应用非常广泛。电动机的主要特性则是调速性能，它对提高产品质量、提高劳动生产率和节约电能起着决定性的作用。永磁同步电动机(PMSM)是一种性能优越、应用前景广阔的电机。它凭借具有的低速高转矩惯量比、高能量密度和高效率等优异性能和结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高的特点，使得其在中小容量范围内备受关注并获得广泛应用，尤其是在高控制精度和高可靠性要求的场合，如航空、航天、数控机床、加工中心、机器人等领域
关键词：电机调速;永磁同步电机;无速度传感器;
1.永磁同步电机调速系统的控制驱动方法
1.1 电流PWM控制法
(l)滞环电流法
滞环电流PWM控制是常用一种的电流闭环控制方法，它响应速度快、鲁棒性能好、无稳定性问题等。方法是将给定电流愉与输出电流ia进行比较，电流偏差△j超过h时，滞环控制器控制逆变器上桥臂的功率器件动作，通过调整使实际电流与指令电流的偏差始终保持在h内，从而保证实际电流值准确跟踪指令电流值。如图1所示。
(2)三角波比较法
三角波比较PWM控制法也是一种瞬时的逆变器驱动控制方法，控制起来
比较简单，具体控制过程如图2所示。
2.无速度传感器的速度估算方法及数学模型
2.1 速度估算方法
为提高交流电动机的调速特性，必须采用速度闭环控制。速度闭环的加入改善了电机的动态性能，但是在传统调速系统中采用安装速度传感器、测速发电机或增量式光电编码器来获取反馈速度的方法不但增加了成本，同时机械上的误差还会影响检测精度和控制性能降低可靠性，所以就需要用无速度传感的速度估算方法来取代速度传感器完成闭环控制。速度估算的基本出发点是从易于检测的电机定子电流、电压入手，通过电机本身固有的动态方程推导出电机转速。
2.2 数学模型
模型参考自适应法(MRAS)是一种比较常用的`估算速度的方法。它的基本思路是将含有待估计参数的方程作为可调模型，将不含未知参数的方程作为参考模型，两个模型具有相同物理意义的输出量。两个模型同时工作，并利用其输出量的差值根据合适的自适应率来实时调节可调模型的参数，以达到控制对象的输出跟踪参考模型的目的。
永磁同步电机在d-q坐标系下的数学模型为：
3.无速度传感器的永磁同步电机调速系统的硬件设计
设计用到的控制核心采用的是TI公司的 DSPTMS320F2812，它是一款在28x内核的基础上扩展了相应存储、专门为电机控制而优化设计的32位高性能定点DSP芯片，其中含有丰富的片上存储以及大量用于工控场合的信号输入输出资源。它采用了改进型的哈佛总线结构，具有16x16位的双通道MAC(乘累加运算)，可以顺利地进行16x16位和32x32位的MAC操作，指令执行速度可达150MIPS，能够实时处理高性能使复杂控制算法，快速响应中断及中断处理而不需占用CPU时间，为无速度传感器调速系统奠定了可靠的硬件基础。整个调速系统的硬件结构如图3所示。
4.总结
无速度传感器技术是近年来，特别是近十年来发展比较快的一门技术，究其原因主要是由于无速度传感器的控制系统无需检测硬件，免去了速度传感器带来的种种麻烦，提高了系统的可靠性，降低了系统的成本。同时，它又减少了电机与控制器的连线，精简了系统体积，减轻了系统的重量，使得采用无速度传感器的异步电机的调速系统在工程中的应用更加广泛。
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