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    逆變部分（DC-AC）采用采用的功率器件集驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路和功率開關(guān)于一體的智能功率模塊(IPM)，主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是采用了三相橋式電路原理圖見圖3，利用了脈寬調(diào)制技術(shù)即PWM(Pulse Width Modulation)通過改變功率晶體管交替導(dǎo)通的時(shí)間來改變逆變器輸出波形的頻率,改變每半周期內(nèi)晶體管的通斷時(shí)間比,也就是說通過改變脈沖寬度來改變逆變器輸出電壓副值的大小以達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的。

    圖3中 ～ 是六個(gè)功率開關(guān)管， 、 、 、分別代表3個(gè)橋臂。對(duì)各橋臂的開關(guān)狀態(tài)做以下規(guī)定：當(dāng)上橋臂開關(guān)管“開”狀態(tài)時(shí)（此時(shí)下橋臂開關(guān)管必然是“關(guān)”狀態(tài)），開關(guān)狀態(tài)為1；當(dāng)下橋臂開關(guān)管“開”狀態(tài)時(shí)（此時(shí)下橋臂開關(guān)管必然是“關(guān)”狀態(tài)），開關(guān)狀態(tài)為0。三個(gè)橋臂只有“0”和“1”兩種狀態(tài)，因此 、 、 形成000、001、010、011、100、101、111共八種開關(guān)管模式，其中000和111開關(guān)模式使逆變輸出電壓為零，所以稱這種開關(guān)模式為零狀態(tài)。輸出的線電壓為 、 、 ，相電壓為 、 、 ，其中 為直流電源電壓（總線電壓），根據(jù)以上分析可得到表1的總結(jié)。

表1三相逆變電路分析

0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	2 /3	- /3	- /3		0	-
1	1	0	/3	/3	-2 /3	0		-
0	1	0	- /3	2 /3	- /3	-		0
0	1	1	-2 /3	/3	/3	-	0
0	0	1	- /3	- /3	2 /3	0	-
1	0	1	/3	-2 /3	/3		-	0
1	1	1	0	0	0	0	0	0

 

　　控制單元是整個(gè)交流伺服系統(tǒng)的核心,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩和電流控制器。所采用的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)除具有快速的數(shù)據(jù)處理能力外，還集成了豐富的用于電機(jī)控制的專用集成電路，如A/D轉(zhuǎn)換器、PWM發(fā)生器、定時(shí)計(jì)數(shù)器電路、異步通訊電路、CAN總線收發(fā)器以及高速的可編程靜態(tài)RAM和大容量的程序存儲(chǔ)器等。伺服驅(qū)動(dòng)器通過采用磁場(chǎng)定向的控制原理( FOC) 和坐標(biāo)變換,實(shí)現(xiàn)矢量控制(VC) ,同時(shí)結(jié)合正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)控制模式對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制 。永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制一般通過檢測(cè)或估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通的位置及幅值來控制定子電流或電壓，這樣，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩便只和磁通、電流有關(guān)，與直流電機(jī)的控制方法相似，可以得到很高的控制性能。對(duì)于永磁同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子磁通位置與轉(zhuǎn)子機(jī)械位置相同，這樣通過檢測(cè)轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置就可以得知電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁通位置，從而使永磁同步電機(jī)的矢量控制比起異步電機(jī)的矢量控制有所簡(jiǎn)化。

伺服驅(qū)動(dòng)器控制交流永磁伺服電機(jī)( PMSM)伺服驅(qū)動(dòng)器在控制交流永磁伺服電機(jī)時(shí),可分別工作在電流(轉(zhuǎn)矩) 、速度、位置控制方式下。系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示由于交流永磁伺服電機(jī)(PMSM) 采用的是永久磁鐵勵(lì)磁,其磁場(chǎng)可以視為是恒定;同時(shí)交流永磁伺服電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速就是同步轉(zhuǎn)速,即其轉(zhuǎn)差為零。這些條件使得交流伺服驅(qū)動(dòng)器在驅(qū)動(dòng)交流永磁伺服電機(jī)時(shí)的數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜程度得以大大的降低。從圖4可以看出,系統(tǒng)是基于測(cè)量電機(jī)的兩相電流反饋( 、 ) 和電機(jī)位置。將測(cè)得的相電流( 、 ) 結(jié)合位置信息,經(jīng)坐標(biāo)變化(從a ,b ,c 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)子d ,q 坐標(biāo)系) ,得到 , 分量,分別進(jìn)入各自得電流調(diào)節(jié)器。電流調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過反向坐標(biāo)變化(從d ,q 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到a ,b ,c 坐標(biāo)系) ,得到三相電壓指令。控制芯片通過這三相電壓指令,經(jīng)過反向、延時(shí)后,得到6 路PWM 波輸出到功率器件,控制電機(jī)運(yùn)行。系統(tǒng)在不同指令輸入方式下,指令和反饋通過相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)器,得到下一級(jí)的參考指令。在電流環(huán)中,d ,q 軸的轉(zhuǎn)矩電流分量( )是速度控制調(diào)節(jié)器的輸出或外部給定。而一般情況下,磁通分量為零( = 0) ，但是當(dāng)速度大于限定值時(shí),可以通過弱磁( < 0) ,得到更高的速度值。

                     圖4 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

    從a，b，c坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到d，q坐標(biāo)系有克拉克（CLARKE）和帕克（PARK）變換來是實(shí)現(xiàn)；從d，q坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到a，b，c坐標(biāo)系是有克拉克和帕克的逆變換來是實(shí)現(xiàn)的。以下是兩個(gè)變換公式，克拉克變換（CLARKE）：

 

     本文簡(jiǎn)單的介紹了伺服驅(qū)動(dòng)器的幾個(gè)主要的功能模塊的實(shí)現(xiàn)及原理，謹(jǐn)幫助大家對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器有進(jìn)一步了解之用，大家如果想更深入的了解伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)原理，請(qǐng)參考其它的文獻(xiàn)。由于作者水平有限，不足之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。