基于id=0的伺服系统控制策略及基本结构优化方案

按转子磁链定向并使i_d=0的正弦波永磁同步电动机伺服控制系统原理框图如图2-20所示，它由位置环、转速环和电流环构成。对于驱动电动机来说，不论是存在机械变速装置，还是直接驱动机械负载，都只是负载特性不同而已，研究其位置是最基本的，也是十分必要的。在一些应用中，例如在数控机床作为进给驱动的应用中，伺服系统与计算机数控（CNC）系统相连接，接收CNC的θ_ref指令，位置环路Posloop的输出信号作为伺服系统的速度指令加到速度环路的输入端n_ref，由PMSM轴上的位置传感器取得位置反馈信号θ送入CNC系统中与位置指令相比较，比较结果控制PMSM的运动，直至达到所要求的位置为止。

PMSM具有定子三相分布绕组和永磁转子，在磁路结构和绕组分布上保证定子绕组中的感应电动势具有正弦波，外施的定子电压和电流也应为正弦波，一般靠交流PWM变压变频器（三相逆变器）提供。借助位置传感器检测出磁极初始位置和转子相对于定子的绝对位置θ_e，用以控制变压变频器电流的频率和相位，使定子和转子的磁动势保持确定的相位关系，从而产生恒定的转矩。对逆变器的控制，图中采用了电压型空间矢量控制SVPWM，也可以用电流滞环跟踪控制等。

控制定子电流矢量使之落在q轴上，即令i_d=0。由于ψ_r恒定，电磁转矩与定子电流的幅值成正比，控制定子电流幅值就能很好地控制转矩，因此交流伺服系统转速环和电流环的控制原理与直流电动机调速系统是一样的。三相定子电流经过3/2变换和2s/2r变换得到两相旋转坐标系下的电流反馈信号，与电流指令比较后通过电流内环两个PI电流控制器，输出旋转坐标系下电压。d、q轴电压再经过2r/2s变换，为SVPWM提供了必需的空间电压矢量。

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图2-20 PMSM交流伺服系统原理框图

综上所述，在按转子磁链定向并使i_d=0的正弦波永磁同步电动机伺服控制系统中，定子电流与转子永磁磁通相互独立，控制系统简单，转矩恒定性好，脉动小，可以获得很宽的调速范围，可适用于要求高性能的数控机床和机器人等场合。