AC伺服驱动系统的动态结构

    现以永磁同步电动机AC伺服系统为例，描述其数学模型和结构框图。如图9-20，AC伺服驱动系统由永磁同步电动机SM、位置和速度检测器、电流传感器、晶体管SPWM逆变器及控制电路ASR、ACR等组成。

    图9-20    AC伺服驱动系统的电路结构

    设转子永久磁铁的磁场在空问为正弦分布，电动机定子为三相绕组，电动机转角为θ，则电动机的三相电流可表示为

    (9-1)

    由于控制作用使电流矢量始终与转子磁场正交，则电动机产生的电磁转矩Te可表示为

    (9-2)

式中，Bm为磁通密度的最大值；Im为电流最大值；l为转子铁心长度；r为转子半径。

    由以上可看出，只要检测出转子位置角θ，对三相电流按式(9-1)进行控制，并实现电流与磁通正交，则当Bm恒定的条件下，只要控制Im，即可使Te的大小得到控制。

    先定义AC永磁伺服电动机的d-q坐标系统。设永久磁铁基波磁势方向为d轴，则转矩方向为q轴，并垂直于d轴，转子参考坐标的旋转速度即为转子速度ω，则可写出电动机在d-q坐标系的电压矩阵表示式

    (9-3)

式中，Rs为定子电阻；La为定子电感，La=Ld-Lq。

    可画出以Im(s)为输入，ω(s)为输出的AC伺服系统控制框图，如图9-21所示。图中，Ku、Ki分别为电动机电势与转矩系数，Kpi(s)和Ki(s)分别为电流调节器和电流反馈回路的传递函数。

    图9-21    AC伺服系统控制框图

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