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做好电机控制需要怎样的理论基础呢？

2023-3-9 16:21:58

794 永磁同步电机电机控制控制器变频器

　　电机控制
　　先说句题外话，在现代社会中，人们有共同的认知，我们开车上路，需要拥有驾驶能力。之前也介绍过ST MC SDK 5.x ，它是一个对应三相永磁同步电动机控制的软件开发包，它采用的是矢量控制方法，以 MotorControl Cockpit的形式呈现在用户面前。
　　这就好比我们提供给了用户一辆具备一定配置的汽车，只要用户拥有驾驶能力，就能把车安全地开往目的地。只要用户具备了使用 ST MC SDK 5.x 的能力，用户就能活用这个软件开发包，开发出自己所需要的永磁同步电动机的控制方案，达到产品的开发目的。
　　学习驾驶汽车的时候，我们要从了解汽车原理和交通规则开始；同理，学习使用ST MC SDK 5.x 的时候，我们也要从了解矢量控制的基本原理开始。因而，结合ST MC SDK5.x对矢量控制的具体实现，来学习永磁同步电动机的矢量控制。
　　永磁同步电机矢量控制基础
　　为了做矢量控制，需要理解永磁同步电动机的转动原理。让永磁同步电机运转需要具备两个条件：电磁转矩和旋转磁场。永磁同步电机的力矩产生有两个来源：永磁力矩和磁阻力矩；而电机要连续旋转，一定要有一个旋转的磁场。旋转磁场从何而来呢？

　　电机的数学模型
　　从控制器开发者的角度，永磁同步电动机的数学模型可以用几种方式来表达：等效电路，微分方程，系统框图。完整的双闭环矢量控制系统的框图如下。

　　从框图中，可以了解到，为了完成一个矢量控制器的设计，首先需要将交流电动机等效为一个他励直流电动机。其次，我们使用控制他励直流电动机的方法来做控制。最后，再将这些控制量还原为交流电动机的电压输出。那么，这里面就包含了矢量变换和矢量控制器两个部分。问题来了，如何做矢量变换？如何做矢量控制？如何从逆变器输出电压到电动机的端子？
　　空间电压矢量和3种关键控制技术
　　当我们实现一个控制的时候，我们需要按照什么目的来控制呢？控制的范围有没有极限呢？如果遇到了控制范围的瓶颈，能否有一定突破呢？矢量控制本身的思想是独立控制转矩和励磁。
　　但是，因为一般应用的变压变频器，变频器的输出量是电压。我们可以从永磁同步电动机的数学模型看到，从电压的角度，电压ｄ／ｑ不是独立的，那么如何来处理这种不独立呢？我们向大家讲解三个关键控制技术：MTPA，弱磁控制和电流前馈控制，以及我们在ST MC SDK5.x中是如何实现这三项关键的控制技术。