三相PMSM交流伺服系统的识读分析优化

1.PMSM系统的结构和工作原理

PMSM交流伺服系统的组成框图如图6-78所示。三相PMSM交流伺服系统比方波型BDCM交流伺服系统具有更优的低速伺服性能，因而广泛应用于数控机床等高性能伺服驱动中。一般将其与计算机数控系统（CNC）相连接，位置控制器设置于CNC中。由电动机在轴上的位置传感器取得位置反馈信号，送入CNC与指令信号比较，其输出控制伺服电动机运动。PMSM系统和BDCM系统的控制思路是一致的，但前者的电动机定子绕组是流过三相正弦电流，故抗干扰性更好。

2.系统中的重要控制环节

（1）磁极的位量检测 为使电枢电流方向与磁极产生磁通方向运行中始终处于正交关系（空间上），必须正确地检测磁极的位置。

首先由编码器BR送出转子位置的信息，经过转子位置检测回路将其变换成易为后级正弦波产生回路所能接受的读取形式。设编码器为8位，则它旋转一周可送出256个码信号，把该码信号变换为表6-42所示的二进制信息送至正弦波产生回路。

图6-78 PMSM交流伺服系统的组成框图

表6-42 对应转子（磁极）位置的二进制信息

（2）正弦波产生回路 正弦波产生回路的任务是产生以转子位置为相位的正弦波信号，由只读存储器（ROM）构成，ROM连接如图6-79所示。ROM的内容见表6-43，对应不同的地址写入相应的数据。

表6-43 ROM的内容

图6-79 ROM连接

表6-44为U相正弦波数据表，表6-45为W相正弦波数据表。由于U_v=-（U_u+U_w），故可用运算方法求出U_v。把一正弦波一个周期的地址用00H～FFH（16位数）表示，则由计算机算出的数据将对应不同的地址写入ROM中。

表6-44 U相正弦波数据表

表6-45 W相正弦波数据表

图6-80和图6-81分别表示用图形来表示U相和W相的输出数据，它与用电路输出的模拟波形是一致的。

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图6-80 U相经模拟变换后的波形

图6-81 W相经模拟变换后的波形

（3）直流→正弦（DC→SIN）变换 由于在AC伺服系统中需向定子绕组通入三相交流正弦电流，故速度调节器ASR输出的直流指令信号必须正弦化，如图6-82所示。DC→SIN变换电路的结构如图6-83所示。由图可见，把正弦波产生电路输出的正弦化数宇信号与ASR输出的直流信号通过乘法器相乘，乘法器的输出即为交流正弦电流指令。

图6-82 电流指令的正弦化

图6-83 DC→SIN变换电路的结构

（4）SPWM电路由 图6-84可见，将SPWM控制信号送入晶体管基极可减少晶体管功耗，并使电动机输出电流更接近正弦并降低电动机的噪声。图6-78中是由电流调节器ACR发出正弦波信号，由三角波产生回路提供高频载波，再由比较器输出SP-WM信号供基极驱动。

图6-84 SPWM原理

图6-85 编码器输出的二相正交脉冲

（5）速度检测回路 在AC伺服系统中，速度检测和位置检测常用一个传感器来完成。如上述用光电编码器作传感器时，发出与转子同步的二相正交脉冲信号，如图6-85所示。一般再用F/U（频率/电压）变压器即得到速度信号。为提高速度信号的质量，设计了如图6-86所示的速度检测电路，使系统具有快速跟踪能力，并能自动鉴别电动机的正反方向。在速度检测电路中的译码器电路如图6-87所示，译码器的时钟频率比译码器高，则输出脉冲频率提高，起了倍频作用，因而提高了快速性。当电动机速度不同时，只是输出频率变化，最后得到图6-87所示与速度成正比的直流输出信号（经滤波器输出）。

图6-86 速度检测电路

图6-87 译码器电路

a）高速时 b）低速时