伺服驅動與控制-伺服驅動.ppt

《伺服驅動與控制-伺服驅動.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《伺服驅動與控制-伺服驅動.ppt（42頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第三章伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件,主要內(nèi)容一、概述二、直流伺服電機與驅動控制三、交流伺服電機與驅動控制四、步進電機與驅動控制五、新型驅動機構六、本章實驗,一、概述,1.定義：能夠將非機械能轉換為機械能動力元件。2.分類：電磁執(zhí)行元件、液壓執(zhí)行元件、氣動執(zhí)行元件三大類。（1）電磁執(zhí)行元件：通過電磁轉換將電能轉換成機械能的動力元件，應用最廣泛，包括按照輸出形式分為旋轉電機、直線電機；按照電機類型包括交流電機、直流電機和步進電機。（2）液壓執(zhí)行元件：將液壓能轉換為機械能的動力元件，包括：液壓馬達（旋轉運動）、液壓缸（直線運動）。（3）氣動執(zhí)行元件：將氣壓能轉換為機械能的動力元件，包括：氣馬達（旋轉運動）、氣缸（直線運動）。,一、概述,3.執(zhí)行元件的特性主要從以下幾個方面來衡量執(zhí)行機構的特性：（1）負載能力：執(zhí)行機構所能承受的負荷或所能產(chǎn)生的驅動能力，如電機最大輸出扭矩，液壓缸最大輸出力；（2）運動速度：指正常工作時，執(zhí)行機構最小或最大穩(wěn)定速度。如電機的轉速、液壓馬達的轉速；（3）功率密度：執(zhí)行機構所產(chǎn)生的最大功率與其自身質量或體積的比值。一般液壓執(zhí)行機構的功率密度要比電動和氣動執(zhí)行機構的功率密度大。,一、概述,4.電機的選型與計算原則（1）確定電機的種類交流伺服電機適用于具有較高控制精度要求的場合；直流電機適用于低速大扭矩而控制精度相對較高的控制場合；步進電機適用于控制精度較低的開環(huán)控制場合。（2）確定電機的最高轉速與轉矩根據(jù)負載要求，確定電機的最高轉速，如果需要減速器，還應該減速機的減速比；綜合考慮各種負載形式（慣性負載、摩擦負載、彈性負載、阻尼負載和不平衡負載等），將其折合到電機軸上，從而確定電機的轉矩。（3）其它因素確定電機的反饋形式（全閉環(huán)、半閉環(huán)、開環(huán)；電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)）；確定電機的驅動電壓。,二、直流伺服電機與驅動控制,直流電機的特點優(yōu)點：直流電機具有轉矩大，低速性能好；在重負載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速；調(diào)速范圍寬，起動力矩大；成本較低。缺點：直流電機的最大缺點就是有電流的換向問題。,2.應用場合各種機器人控制；火炮高低、方位隨動系統(tǒng)。,直流電機分為兩部分：定子與轉子。定子包括：主磁極，機座，換向極，電刷裝置等。轉子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風扇等。,二、直流伺服電機與驅動控制,3.直流電機的分類永磁式直流電機電磁式直流電機直流它勵電機：勵磁繞組與電樞沒有聯(lián)系，由另外直流電源供給。因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。直流并勵電機：勵磁繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，勵磁繞組具有較大的電阻，使得通過他的勵磁電流較小。直流串勵電機：勵磁繞組和電樞串聯(lián)，勵磁磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。直流復勵電機：電動機的磁通由兩個繞組內(nèi)的勵磁電流產(chǎn)生。,二、直流伺服電機與驅動控制,5.直流電機主要技術參數(shù)額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉速、額定轉矩、調(diào)速比,,4.直流電機主要技術參數(shù)直流電機的輸出電磁轉矩表達式為：,式中：,---電樞繞組并聯(lián)支路數(shù)；,---電樞繞組的有效導體數(shù)；,---電動機的每極磁通；,---電動機的極對數(shù)。,---與電機結構有關的轉矩常數(shù)。,二、直流伺服電機與驅動控制,6.直流伺服電機的基本特性6.1機械特性輸入電樞電壓保持不變時，電機的轉速隨電磁轉矩變化而變化的規(guī)律，稱直流電機的機械特性。為與電動機結構有關的電勢常數(shù)。為斜率，值大表示電磁轉矩的變化引起電機轉速的變化大，這種情況稱直流電機的機械特性軟；反之，斜率值小，電機的機械特性硬。,,二、直流伺服電機與驅動控制,6.2調(diào)節(jié)特性直流電機在一定的電磁轉矩下電機的穩(wěn)態(tài)轉速隨電樞的控制電壓變化而變化的規(guī)律，被稱為調(diào)節(jié)特性。式中斜率反映了電機轉速隨控制電壓的變化而變化快慢的關系，其值大小與負載大小無關，僅取決于電機本身的結構和技術參數(shù)。,,二、直流伺服電機與驅動控制,6.3動態(tài)特性直流電機的起動存在一個過渡過程，其工作狀態(tài)稱為動態(tài)，可用下面的式子進行描述：---穩(wěn)態(tài)轉速---機械時間常數(shù)，是影響過渡過程的主要參數(shù)，其表達式為：決定機械時間常數(shù)的主要因素有：系統(tǒng)轉動慣量、電樞回路電阻。,,二、直流伺服電機與驅動控制,7直流電機的驅動與控制電機擴大機控制方式H型橋式控制方式PWM脈寬調(diào)制控制方式,,二、直流伺服電機與驅動控制,7.1電機擴大機控制方式電機擴大機的換向器上置有互成90電角度的直軸和交軸兩組電刷（順著控制繞組軸線的是直軸，與其成90電角度的軸線是交軸），利用其交軸的電樞反應磁場，實現(xiàn)兩級放大，其作用原理如圖所示。,,二、直流伺服電機與驅動控制,若交磁擴大機在電動機拖動下恒速旋轉，則當控制繞組通有控制電流Ik時，交軸電刷q-q間就產(chǎn)生電動勢Eq。由于q-q電刷短路，或者經(jīng)串接交軸助磁繞組后短路，其電阻較小，所以交軸電流Iq較大。由Iq建立的磁通Φq比控制磁通Φk大得多。因此，旋轉的轉子切割Φq產(chǎn)生的并由直軸電刷引出的電動勢Ed遠比Eq大。在接有負載的直軸回路內(nèi)，就有很大的負載電流Id，也就是負載可獲得很大的功率輸出。較小控制繞組電流Ik的較小變化，可獲得很大的Id變化，實現(xiàn)功率放大。優(yōu)點：二級發(fā)電原理，功率放大倍數(shù)大，帶負載能力強，控制功率只需幾毫瓦，放大倍數(shù)可達幾千倍，動態(tài)響應快，加速減速性能好，靜差小，調(diào)速范圍大。缺點：補償復雜、換向困難，存在滯環(huán)，易造成工作點不穩(wěn)定，導致整個系統(tǒng)不穩(wěn)定；需要原電機帶動，結構負載，成本高。,,二、直流伺服電機與驅動控制,7.2H型橋控制方式,,,,H橋式電機驅動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉，必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉向。如圖所示，當Q1管和Q4管導通時，電機順時針方向旋轉；當Q2管和Q3管導通時，電機逆時針方向旋轉。,Q1和Q4導通,Q2和Q3導通,二、直流伺服電機與驅動控制,,,,驅動電機時，必須保證H橋上兩個同側的三極管不能同時導通，否則會造成短路而燒壞三極管。下圖的改進電路增加了4個與門和2個非門，便可以保證任何時候在H橋的同側都只有一個三極管導通。,二、直流伺服電機與驅動控制,,,,7.3PWM控制方式,脈寬調(diào)制(PulseWidthModulation，PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，應用非常廣泛。,定義：（T1/T)100%,當控制信號為低時光耦導通，三極管Q1導通，流過電機的電流為Iq；當控制信號為高或懸空時光耦截止，三極管Q1截止，由于電機是感性負載，電流不能突變，此時，電機通過續(xù)流二極管D1形成電流回路放電。當三極管Q1導通時，電源電流流過電機；當三極管Q1截止時，電機中線圈電流通過續(xù)流二極管放電。由于電機線圈為電感，因此對電流有濾波作用，當開關頻率合適，則可認為電流基本沒有變化。因此，當控制信號頻率不變時，調(diào)節(jié)占空比，即可調(diào)節(jié)流過電機電流的大小，從而控制電機的轉速。,二、直流伺服電機與驅動控制,,,,現(xiàn)以IRF640場效應管的特性為例：最大工作電流18A，峰值電流72A最高耐壓200V導通電阻RDS=0.180Ω高阻輸入納秒級開關速度。,三、步進電機與驅動控制,1.概述定義：步進電機(又稱脈沖馬達)是將脈沖信號轉化為角位移的電磁機械。其轉子的轉角與輸入的脈沖數(shù)成正比，其速度與單位時間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)成正比，電機運動的方向則取決于脈沖的順序。步距角：式中，m為電機相數(shù)，Z為轉子齒數(shù)，K為系數(shù)（相鄰兩次通電相數(shù)相同K＝1；相鄰兩次通電相數(shù)不同，K＝2）。特點：不需要反饋就能對位置或速度進行控制；角位移量與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比，不會引起誤差積累；具有自鎖能力，定位精度較高；與數(shù)字設備兼容。應用：步進電機應用比較廣泛，主要用在定位控制系統(tǒng)、數(shù)控機床等領。,,三、步進電機與驅動控制,2.原理與分類根據(jù)工作原理不同，步進電機可分為三種：（1）反應式（又稱為磁阻式步進電機）：結構簡單，工作可靠，運行頻率高，步距角小(0.09-9度)，價格便宜，易于操作。（2）永磁式：控制功率小、效率高、造價低，步距角較大(7.5-18度)。由于價格更便宜，被廣泛用于打印機、復印機、傳真機以及空調(diào)器等各個領域中。（3）混合式：既有反應式步進電機步距角小、工作頻率高的特點，又有永磁式步進電機控制功率小、無勵磁時具有轉矩定位的優(yōu)點，但價格較高。,三、步進電機與驅動控制,根據(jù)電機驅動架構不同，可分為單極性和雙極性兩種：(1)單極性電機：每個繞組只能單一方向通電，也被稱為兩繞組步進電機，因為它只含有兩個線圈。兩個線圈的極性相反，卷繞在同一鐵芯上，具有同一個中間抽頭。,單極性步進電機可以來用三種步進方式：1）單拍方式：每次僅給一個繞組通電，使轉子旋轉并運動到轉子永磁體與具有相反極性的繞組對齊的位置。2）雙拍方式：同時給兩個繞組通電，使轉子旋轉并在永磁體到達兩個通電繞組的中間位置點時平衡。比單拍方式的優(yōu)點是多獲得輸出力矩，代價是花費兩倍能量，因兩相繞組同時通電。3）半拍方式：工作時讓兩個繞組通電與單個繞組通電方式交替地進行。半拍方式的輸出力矩比雙拍方式小，不過它可以獲得雙拍方式兩倍的步進分辨率。,三、步進電機與驅動控制,(2)雙極性電機：每個繞組都可以雙向通電，其驅動電路則如圖所示（雙極性驅動電路可以同時驅動四線式或六線式步進電機）,因為可以雙向通電，所以每個繞組都既可以是N極又可以是S極。它又被稱為單繞組步進電機，因為每極只有單一的繞組，它還被稱為兩相步進電機。雙極性步進電機可以簡單地使用數(shù)字萬用表來查找兩個繞組。如果在某兩根引線之間能夠測量到阻值，那么這兩根引線之間就屬于一個繞組，其它兩根線之間是另外一個繞組。雙極性步進電機的步距通常是1.8，也就是每周200步。,三、步進電機與驅動控制,3步進電機靜態(tài)特性步進電動機的靜態(tài)特性是指它在穩(wěn)定狀態(tài)時的特性，包括靜轉矩、矩-角特性及靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。（1）矩-角特性：在空載狀態(tài)下，給步進電機某相通以直流電流時，轉子齒的中心線與定子齒的中心線相重合，轉子上沒有轉矩輸出，此時的位置為轉子初始穩(wěn)定平衡位置。（2）靜態(tài)轉矩：在電機轉子軸上加一負載轉矩，則轉子齒的中心線與定子齒的中心線將錯過一個電角度才能重新穩(wěn)定下來。此時轉子上的電磁轉矩與負載轉矩相等，該轉矩為靜態(tài)轉矩，轉過的角度為失調(diào)角。（3）靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)：當失調(diào)角在-π到π的范圍內(nèi)，若去掉負載轉矩，轉子仍能回到初始穩(wěn)定平衡位置。因此，把-π到π的區(qū)域稱為步進電動機靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。,三、步進電機與驅動控制,4步進電機動態(tài)特性步進電機動態(tài)特性主要包括：起動轉矩、矩-頻特性和慣-頻特性。（1）起動轉矩：步進電動機單相勵磁時所能帶動的極限負載轉矩。（2）啟動頻率：空載時步進電機由靜止狀態(tài)突然起動，并進入不失步的正常運行的最高頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率，加給步進電機的指令脈沖頻率如大于啟動頻率，就不能正常工作。（3）最高連續(xù)運行頻率：步進電動機在連續(xù)運行時所能接受的最高控制頻率被稱為最高運行頻率，以表示。電機在連續(xù)運行狀態(tài)下，其電磁轉矩隨控制頻率的升高而逐步下降。（4）矩頻特性與動態(tài)轉矩矩頻特性：是描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出轉矩與連續(xù)運行頻率之間的關系。動態(tài)轉矩：矩頻特性上每一個頻率對應的轉矩。,三、步進電機與驅動控制,5步進電機驅動步進電機驅動電路包括：脈沖信號產(chǎn)生電路、脈沖信號分配電路以及功率驅動電路。主要的驅動方式有:單電壓驅動、高低壓驅動、斬波恒流驅動、調(diào)頻調(diào)壓驅動和細分驅動。,,（1）單電壓驅動是最簡單的一種步進電機驅動方式，如圖所示，其中電機簡化為電感Lm。功率放大管根據(jù)脈沖分配器的輸出脈沖導通或關閉，從而使步進電機繞組中得到脈動的電流以驅動電機運行。優(yōu)點：線路簡單，成本最低。缺點：功率小，只能用于一些小功率場合。同時，為提高電流導通時回路電流上升的陡度，在驅動線路中需串接一個較大的電阻，以減小時間常數(shù)，但同時使電源效率大為降低，且必須采用冷卻裝置。,三、步進電機與驅動控制,,（2）高低壓驅動高低壓驅動的基本思路是：在脈沖來到時，在電機繞組的兩端先施加較高電壓，從而使繞組的電流迅速建立，使電流建立時間大為縮短，在相電流建立起來后改用低電壓，以維持相電流的大小。優(yōu)點：減小甚至去掉了限流電阻，提高了驅動效率；提高了快速性，改善了運行性能。缺點：增加了一個高壓電源，而使電源結構復雜，成本變高，可靠性降低；高壓供電時電流的穩(wěn)態(tài)值遠大于步進電機電流的額定值，因此，在低頻尤其是單步運行時，由于高壓管的導通時間不變，輸入控制繞組的能量過多，使步進電機低頻運行時振蕩加劇。,,三、步進電機與驅動控制,,（3）斬波恒流驅動如圖，T1、T2是高頻開關管。當控制脈沖Ui為低電平時,T1和T2均截止。當Ui為高電平時,T1和T2均導通,電源向電機供電。由于繞組電感的作用,電流逐漸增大，R上電壓逐漸升高,當超過給定電壓Uc,比較器輸出低電平,與門因此輸出低電平,T1截止,電源被切斷,繞組電感放電，電流逐漸減小，R上電壓逐漸降低。當取樣電阻上的電壓小于給定電壓時,比較器又輸出高電平,與門輸出高電平,T1又導通,電源又開始向繞組供電。這樣反復循環(huán),直到Ui又為低電平。因此，T2每導通一次,T1導通多次,繞組的電流波形為鋸齒形,在T2導通的時間里電源是脈沖式供電,所以提高了電源效率,而且還能有效抑制振蕩。,,優(yōu)點：大大改善了電流波形，采用能量反饋提高了電源效率，改善了矩頻特性。缺點：低速運行時由于繞組電流沖擊大，使低頻產(chǎn)生振蕩，運行不平穩(wěn)，噪聲大定位精度沒有提高等。,三、步進電機與驅動控制,,（4）調(diào)頻調(diào)壓驅動調(diào)頻調(diào)壓方法的基本思想是：隨著步進電機運行頻率的提高，同時提高功率放大電路的電源電壓；當步進電機的運行頻率降低時，同時降低功率放大電路電源電壓。以期補償因運行頻率上升導致的輸出轉矩下降，使得到的矩頻特性是一條水平直線。,,,優(yōu)點：矩頻特性較硬，能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)運行。缺點：不能利用步進電機實現(xiàn)多種步距角控制。,三、步進電機與驅動控制,,（5）細分驅動前幾種驅動技術是從電流波形及矩角特性等方面來改善驅動性能，沒有提高步進電機的固有分辨率，而細分驅動是針對步進電機的分辨率及精度不高，精度與快速性相矛盾，動態(tài)中有丟步及振動、噪聲大等缺點而產(chǎn)生的一種比較特殊而有效的驅動控制方式。其實質是步進電機在輸入脈沖切換時，只改變相應繞組中電流的一部分，即對相電流實施微量控制。,,,,優(yōu)點：易實現(xiàn)步進電機的可變細分控制、正反轉控制及加減速控制，而且電路簡單，性能穩(wěn)定可靠。缺點：由于單片微機運行速度的限制，其頻率不可能做的太高。但是它仍然是目前步進電機細分技術的一種主要發(fā)展方向，隨著單片機技術的發(fā)展，細分驅動技術也日漸成熟。,四、交流伺服電機與驅動控制,1.交流永磁伺服電機的特點（1）具有較硬的機械特性，對負載擾動有較強的魯棒性。（2）無勵磁電路，省去了電刷和端環(huán)，從而降低了故障發(fā)生率。只需提供力矩電流，無需勵磁電流，可顯著提高功率因素，并減少了定子電阻損耗，提高了運行效率。（3）能在極低轉速下保持同步運行，且調(diào)速范圍寬。（4）其效率和功率因數(shù)都較高，轉矩慣性比高。,2.應用場合逐漸在代替直流電機,四、交流伺服電機與驅動控制,3.交流伺服電機的分類3.1根據(jù)驅動方式不同分為無刷直流電動機(簡稱BLDCM)和三相永磁交流同步電動機(簡稱PMSM)兩種，它們的區(qū)別在于前者的感應電動勢為梯形波，電流為方波，而后者的感應電動勢和電流都為正弦波。3.2根據(jù)轉子結構不同凸極式永磁同步電機：結構不對稱，氣隙磁場分布不均勻，其繞組間的互感不僅僅是角位移的函數(shù)。凹極式永磁同步電機：勵磁繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，勵磁繞組具有較大的電阻，使得通過他的勵磁電流較小。直流串勵電機：勵磁繞組和電樞串聯(lián)，勵磁磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。直流復勵電機：電動機的磁通由兩個繞組內(nèi)的勵磁電流產(chǎn)生。,四、交流伺服電機與驅動控制,4.交流伺服電機結構及原理,三相永磁同步電機的定子主要由硅鋼沖片、繞組、固定鐵芯的機殼及端蓋等部分組成，與繞線式同步電機基本相同。而轉子由轉子鐵心、永磁體磁鋼和轉子轉軸組成。目前，永磁同步電機常用的永磁材料是稀土永磁材料。從永磁體安裝方式上，轉子分為凸裝式、嵌入式和內(nèi)埋式三種。,如果在三相空間對稱的定子繞組中通入三相時間上也對稱的正弦電流，則在定子、轉子氣隙間將產(chǎn)生一個圓形旋轉磁場。等效旋轉磁場轉速為：,,,為電機極對數(shù),四、交流伺服電機與驅動控制,5.交流伺服電機驅動技術,要實現(xiàn)調(diào)速控制，通過改變定子電壓的頻率。隨著電力電子技術的發(fā)展，目前應用的較多的是間接變頻裝置（或稱交－直－交變頻裝置）。利用功率開關器件的通斷把直流電壓變換成電壓脈沖列，并通過控制電壓的脈沖寬度或周期以達到變頻、變壓的目的。這就是目前被廣泛應用于交流電機的變頻調(diào)速系統(tǒng)中的脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術，也是電機驅動的核心技術之一。常用的脈寬調(diào)制技術有電流滯環(huán)跟蹤PWM控制方式、正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）方式以及電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）控制技術三種。,四、交流伺服電機與驅動控制,5.1電流閉環(huán)跟蹤PWM技術,以其中一相控制原理進行闡述。VT1、VT2是通過參考正弦電流信號與相電流瞬時值信號進行比較所產(chǎn)生的差值繼電信號來控制。其中繼電元件滯環(huán)寬度。設VT1導通，則增加。當時，VT1關斷，VT4導通，于是下降。當時，VT4關斷，VT1導通，又增加。參考正弦電流變化。,如此反復通斷，使電機電流始終以滯環(huán)寬度為界,電流滯環(huán)跟蹤PWM技術（a）逆變器控制原理（一相）（b）輸出電壓和電流波形,四、交流伺服電機與驅動控制,5.2正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）技術,SPWM波的產(chǎn)生原理如圖。當調(diào)制波（正弦波）大于載波（三角波）時，逆變橋的開關管導通。反之，則關斷，逆變器就產(chǎn)生一組等幅不等寬的脈沖序列。正弦波的頻率和幅值是可控的，只要改變正弦波的頻率，就可以改變輸出脈沖的頻率，從而改變電機的轉速；改變正弦波的幅值，它與三角波的交點發(fā)生改變，使輸出的逆變脈沖序列的寬度發(fā)生變化，從而改變逆變器輸出電壓的幅值。通過生成的SPWM信號來控制逆變器的功率器件的開、關就可以實現(xiàn)電機的變頻調(diào)速。,四、交流伺服電機與驅動控制,5.4電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術,電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）技術是當前永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)的一種主要驅動方法。主要是如何使電機獲得幅值恒定的圓形旋轉磁場，即正弦磁通。由于磁鏈的軌跡是靠電壓空間矢量相加得到，所以又稱為電壓空間矢量控制。,,假設電機定子三相繞組采用星型連接，在空間上互差120，設三相繞組的電壓瞬時值為、、，引入Clark變換，可以將瞬時電壓空間矢量表示為右圖所示式子。,,,式中：,四、交流伺服電機與驅動控制,當永磁同步電機由三相平衡對稱正弦電壓供電時，其定子磁鏈與電壓空間矢量軌跡重合，這樣對電機旋轉磁場形狀的分析可轉化為對合成電壓空間矢量軌跡的分析。,,逆變器上、下橋臂的開關器件在任一時刻不能同時導通，處于互逆狀態(tài)。為了便于分析，可將三個橋臂的狀態(tài)抽象成開關函數(shù)，,如果某相橋臂的上管導通下管關閉，則，反之，。,共存在八種組合，構成了對應的基本電壓矢量。,以開關狀態(tài)(011)為例，此時，,，,同理可得：,四、交流伺服電機與驅動控制,逆變器可以輸出如圖示在空間分布的八個電壓空間矢量。其中(000)和(111)狀態(tài)對應的逆變器輸出電壓空間矢量為零，稱為零矢量。其它6個矢量稱為有效矢量，有效矢量的長度均為。SVPWM調(diào)制技術就是利用各個基本電壓空間矢量的作用時間不同，來等效合成所需要的空間矢量。,,四、交流伺服電機與驅動控制,6永磁同步電機矢量控制原理,基本思想：在普通的三相交流電動機上設法模擬直流電機轉矩控制的規(guī)律，通過矢量變換將三相交流電機的定子電流在按轉子磁場定向的旋轉坐標系（d-q）上進行分解，得到產(chǎn)生磁通的勵磁電流分量和產(chǎn)生轉矩的轉矩電流分量。通過控制定子電流的幅值和相位，對坐標變換后的兩個分量進行獨立地控制，從而使交流電機的轉矩控制從原理和特性上都和直流電機相似，獲得良好的解耦特性。一定的轉速和一定轉矩對應于一定的和，通過控制旋轉坐標系上的直流量來達到對三相定子坐標系上交流量的控制，實現(xiàn)對交流電機的控制，這就是矢量控制的原理。,四、交流伺服電機與驅動控制,,轉子磁場定向矢量控制的永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)原理如下圖所示，有速度和電流雙閉環(huán)。主要包括定子電流檢測、轉子位置和速度檢測、速度環(huán)調(diào)節(jié)器、電流環(huán)調(diào)節(jié)器、Clarke變換、Park變換與逆變換、SVPWM控制模塊等幾個環(huán)節(jié)。,四、交流伺服電機與驅動控制,永磁同步電機控制系統(tǒng),控制主回路,整個控制回路,四、交流伺服電機與驅動控制,IPM模塊：PM25RLA120為三菱第五代“L系列”產(chǎn)品，帶過溫（OT）、短路（SC）和控制電源欠電壓（UV）保護，以及制動電路。由于PM25RLA120能夠達到的輸出功率為3.7KW，便于驅動一定容量的電機，使驅動器具有一定的通用性。,五、實驗,實驗二：（1）在實驗臺上測試直流電機的電壓、電流、轉速和扭矩，分別擬合轉速—轉矩特性、電壓—轉速特性、電流—轉矩特性等，繪制電機的輸入功率、輸出功率和效率曲線。（2）在實驗臺上測試步進電機的電壓、電流、轉速和扭矩，分別擬合轉速—轉矩特性、電流—轉矩特性等，最終繪制電機的輸入功率、輸出功率和效率曲線。（3）在實驗臺上測試交流電機的電壓、電流、轉速和扭矩，分別擬合轉速—轉矩特性、電流—轉矩特性等，最終繪制電機的輸入功率、輸出功率和效率曲線。,