永磁操动机构及驱动器可靠性技术研究

永磁机构原理与性能随着电力系统的技术发展及智能化进程，用户对开关提出了更高的要求，作为开关心脏的真空灭弧室、作为开关动力来源脉的操作机构、作为智能化开关大脑的控制器的长足进步，必将使开关面临一场令人激动的革命，以智能化的永磁真空断路器为代表、将这三者有机的整合，使开关设备的性能达到了前所末有的高度永磁机构结构图：我们的单稳态永磁机构主要由动铁心、定铁心、钕铁硼稀土永久磁铁、工作线圈、驱动轴五部分组成配用单稳态永磁机构断路器的总体配置方案示意图双稳永磁机构态结构示意图主要由动铁心、定铁心、钕铁硼稀土永久磁铁、合闸线圈、分闸线圈、驱动轴6部分组成驱动轴合闸线永久磁铁动铁芯定铁芯分闸线配用双稳态永磁机构断路器的总体配置方案示意图单稳态永磁机构断路器的工作原理：合闸：•磁场产生的驱动力F磁= B2S/2μ•合闸阻力：分闸簧F分簧=F分簧，在主回路闭合后+F超程簧(=k2X)•合闸运动条件：F 磁>F 分簧•运动方程 F 磁-F 分簧 -（F 超程簧） =ma •机构闭合后F 磁= B 2S/2μ >F 分簧 +F 超程簧控制器控制外部电路向线圈提供驱动电流，线圈电流产生的磁场与永久磁铁产生的磁场方向一致，相互叠加，随着线圈驱动电流的不断增大，磁场产生的驱动力F=0221 S B 逐渐变大。

当驱动力大于断路器提供的分闸保持力时，动铁心按照牛顿定律: F=ma 向合闸方向运动，并且驱动力随着磁隙的减小而急剧增大，该特点与断路器的机械特性完全吻合，最终将动铁心推到合闸位置。

此时切断线圈电源。

由于铁磁回路已经闭合，磁阻非常小，永磁驱动的磁场力已足以克服断路器的合闸保持力，无须线圈电流的磁场而完成合闸的锁扣过程。

永磁机构之前的操作机构依靠机械闭锁，半轴处的材料与扣接量对性能影响很大，目前尚无满意的解决方案。

材质硬；耐磨、易碎，材质软；不易碎、不耐磨，两方面的缺陷部分，都会造成扣接失败，尤其在35KV 的断路器，因为驱动力大、速度高，及操作频繁的场合，机构的可靠性已经使得用户苦不堪言。

《永磁同步电机伺服控制系统的研究》篇一一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效、节能、稳定等优点，在伺服控制系统中得到了广泛应用。

永磁同步电机伺服控制系统作为现代机电一体化技术的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。

因此，对永磁同步电机伺服控制系统的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机是一种基于永磁体产生磁场的电机，其工作原理是利用磁场与电流的相互作用，实现电机的转动。

与传统的电机相比，永磁同步电机具有更高的能效比和更稳定的运行性能。

其伺服控制系统主要通过控制器对电机进行精确的控制，实现电机的快速响应和准确位置控制。

三、伺服控制系统的构成及工作原理永磁同步电机伺服控制系统主要由电机本体、驱动器、控制器和传感器等部分组成。

其中，控制器是整个系统的核心，负责接收指令、处理信息并输出控制信号。

驱动器则负责将控制信号转换为电机所需的电能。

传感器则用于实时监测电机的运行状态，将信息反馈给控制器，实现闭环控制。

四、伺服控制系统的关键技术1. 矢量控制技术：通过坐标变换，将三相电流分解为励磁分量和转矩分量，分别进行控制，实现电机的精确控制。

2. 数字控制技术：采用数字信号处理器（DSP）等数字控制器，实现对电机的快速响应和精确控制。

3. 鲁棒控制技术：针对系统的不确定性因素和外界干扰，采用鲁棒控制算法，提高系统的稳定性和抗干扰能力。

4. 智能控制技术：利用人工智能算法，实现对电机的高效、智能控制。

五、伺服控制系统的研究现状及发展趋势目前，永磁同步电机伺服控制系统已广泛应用于机器人、数控机床、航空航天等领域。

随着科技的不断进步，伺服控制系统的研究也在不断深入。

未来，伺服控制系统将更加注重智能化、高效化和绿色化的发展方向。

智能控制算法的应用将进一步提高系统的自适应性、学习能力和决策能力。

同时，高效化和绿色化也将成为伺服控制系统的重要发展方向，通过优化控制算法和改进电机设计，降低系统能耗，提高系统效率。

永磁真空断路器研究与应用【摘要】永磁操动机构真空断路器越来越被公认为中压开关的换代产品，它代表了中压开关发展的方向。

分析了永磁真空断路器内部结构、工作原理，将永磁机构与真空断路器进行完美匹配，提高了断路器的可靠性及寿命。

【关键词】永磁真空断路器操作机构工作原理1 前言智能型永磁机构真空断路器是在上世纪90年代末吸取国际上先进的真空断路器技术而研制成功的新一代真空断路器，具有体积小、重量轻、结构简单、操作可靠、少维护、价格适中、使用寿命长等显著优点。

大屯公司在110KV变电站在2010年投用使用该机构的开关3年多，运行平稳、安全可靠，受到运行值班人员及检修人员的好评。

2 永磁真空断路器结构断路器配用的双稳态永磁操动机构，该机构由一种双稳态的磁路系统，使用一个一体化分、合闸线圈驱动动铁芯运动到相应的极限位置，并利用永磁体所提供的磁场能量，使之保持在极限位置。

当激励线圈通过不同方向电流时，使线圈磁场产生大于剩余磁保持力的驱动力，即可使永磁操动机构的动铁芯动作。

动铁芯通过主轴直接驱动真空灭弧室的动触头，从而使断路器进行分、合闸动作。

这种机械的传送方式，可使断路器的机械磨损小到可以忽略不计，使断路器在使用寿命期内基本很少维护。

当控制系统出现故障时，可用手动分闸装置操作，使断路器进行分断操作（如图1）。

3 永磁真空断路器工作原理永磁真空断路器开断部分和其他断路器一样，区别在操作机构部分。

永磁机构的原理基本上是一块铁片两边有磁铁和线圈，哪边的线圈通电了就会产生比令一边更大的磁力从而带动铁片往磁力大的一边运动。

当铁片运动到和某一边磁铁接触是线圈断电，铁片靠磁铁吸住达到保持的目的。

铁片两边运动能带动断路器分合。

3.1 合闸操作将断路器送入柜体的试验或工作位置，合上控制电源和合闸电源，断路器处在分闸位置，合闸操作回路沟通，为合闸操作作好准备。

就地按动合闸按钮启动合闸回路，使操动机构的线圈激励，克服分闸侧永磁体的保持力，使动铁芯驱动断路器的动触头按规定速度合闸。

真空断路器永磁操作机构
真空断路器永磁操作机构是一种用于真空断路器的操作机构，它采用了永磁材料来实现断路器的合闸和分闸操作。

相比传统的弹簧操作机构和电磁操作机构，永磁操作机构具有以下优点：
1. 可靠性高：永磁操作机构不需要弹簧或电磁线圈等易损件，因此具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

2. 操作速度快：永磁操作机构的合闸和分闸速度非常快，可以大大缩短断路器的动作时间，提高系统的响应速度。

3. 能耗低：永磁操作机构不需要外部能源来维持其工作状态，因此能耗非常低，可以降低系统的运行成本。

4. 体积小：永磁操作机构的结构简单，体积小，可以方便地安装在断路器内部，占用空间小。

5. 环保：永磁操作机构不需要使用弹簧或电磁线圈等易损件，因此减少了废弃物的产生，对环境更加友好。

总之，真空断路器永磁操作机构是一种高性能、高可靠性的操作机构，它可以提高断路器的操作性能和可靠性，降低系统的运行成本，是真空断路器的理想选择。

第28卷㊀第1期2024年1月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.28No.1Jan.2024㊀㊀㊀㊀㊀㊀高压断路器操动机构驱动电机及其控制技术研究王奕飞,㊀林莘,㊀徐建源,㊀厉伟(沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870)摘㊀要:高压断路器操动机构用电机驱动提高了断路器运行的可靠性与可控性,因此设计了一套适用于126kV 真空断路器的电机操动机构㊂基于操动机构动力学分析结果确定驱动电机转矩㊁转速要求,提出一种有限转角永磁无刷电机设计方案,研制样机进行联机试验完成动作要求检验㊂在此基础上,设计分段转矩控制策略,结合驱动电机输出转矩需求将操动机构的运动过程分为4个阶段,从降低触头碰撞㊁避免预击穿现象发生㊁提高断路器工作可靠性角度对各阶段电机输出转矩进行动态调节㊂结果表明:所研制的驱动电机配合分段转矩控制策略,在保证灭弧室对操动机构动作时间㊁动作速度要求的前提下,实现了操动机构的运动过程优化和工作可靠性提高,促进了断路器智能化操作进程㊂关键词:高压断路器;操动机构;驱动电机;分段转矩控制;智能化操作;试验验证DOI :10.15938/j.emc.2024.01.010中图分类号:TM561文献标志码:A文章编号:1007-449X(2024)01-0095-10㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-06-24基金项目:国家自然科学基金(51777130)作者简介:王奕飞(1989 ),男,博士研究生,研究方向为操动机构及其控制技术;林㊀莘(1961 ),女,博士,教授,博士生导师,研究方向为高压电器及其智能化技术;徐建源(1962 ),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为高压电器及其智能化技术㊁电力系统分析及配电网自动化;厉㊀伟(1962 ),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为高电压试验及新能源并网技术㊂通信作者:王奕飞Motor design and control technology of high-voltagecircuit breaker operating deviceWANG Yifei,㊀LIN Xin,㊀XU Jianyuan,㊀LI Wei(School of Electric Engineering,Shenyang University of Technology,Shenyang 110870,China)Abstract :The motor-driven operating device of high-voltage circuit breakers improves the reliability and controllability of circuit breaker operation.A set of motor-driven operating device for 126kV vacuum cir-cuit breaker was designed.Based on the driving motor torque and speed requirements determined by the kinetic analysis of the actuator,a finite angle permanent magnet brushless motor design was proposed,and a prototype was developed for inline testing to complete the action requirement test.On this basis,the segmented torque control strategy was designed to combine the output torque requirements of the drive motor to divide the motion process of the operating device into four stages,and dynamically adjust the output torque of the motor in each stage from the perspective of reducing contact collision,avoiding pre-arcing and improving the working reliability of the circuit breaker.The results show that the developed drive motor with segmental torque control strategy can optimize the motion process and improve the relia-bility of the operating device and promote the intelligent operation of the circuit breaker,while ensuring the interrupter s requirements for the operating time and speed of the operating device.Keywords :high voltage circuit breaker;operating device;drive motor;segmental torque control;intelli-gent operation;test verification0㊀引㊀言电机操动机构采用电机直驱,传动结构简单,利用电机良好的伺服性能可实现对开断和关合过程的调节与控制,获得理想的断路器开关特性,是解决传统操动机构结构复杂㊁工作可靠性和运动可控性不佳的有效途径,符合断路器智能化操作的发展方向[1-5]㊂当前,高压断路器电机操动机构的研究重点主要集中在驱动电机设计与电机控制方法的研究上: 1)驱动电机设计㊂文献[6-7]针对驱动电机的定子结构进行了研究,分析了多槽结构和少槽结构对驱动电机性能的影响,结合仿真对比发现,多槽定子结构电机齿槽转矩脉动小,更加有利于电机的控制,为驱动电机定子结构的选取提供了依据㊂文献[8]针对电机操动机构设计了一台永磁无刷直流电机,采用多数槽定子结构,永磁体采用普通表贴埋入方式安装在转子表面,与一台40.5kV SF6断路器进行了联机试验,验证了驱动电机设计的合理性㊂文献[9]通过多次试验发现,分/合闸结束时操动机构与机械限位装置的机械碰撞会导致采用表贴埋入方式安装的永磁体出现松动㊁脱落等现象,影响断路器工作可靠性㊂为此,提出了3种不同转子结构,通过改变永磁体与转子之间的装配关系来改善此问题,并进行了对比仿真分析㊂2)电机控制方法㊂文献[10-12]针对断路器灭弧室对操动机构的动作要求,预设了电机动作目标轨迹,将现有的电机智能控制算法应用于操动机构驱动电机上,使电机完成对目标轨迹的跟踪控制㊂但是,断路器几十毫秒的分/合闸动作时间使电机始终处于启动㊁短时工作状态,电机内部的电磁关系并未稳定建立,控制参数计算所需的电机数学模型会与理论存在一定偏差,电机在毫秒级时间内保证目标轨迹的跟踪精确度,实际应用中存在一定难度㊂文献[13-14]考虑到上述问题,在550kV GIS中隔离开关和126kV SF6断路器电机操动机构的控制方法中没有采用固定轨迹跟踪的控制思路,而是结合断路器智能化操动的要求,设计分段控制策略㊂在操动机构运动的起始阶段㊁缓冲阶段有针对性地增加和减小电机输入给定量,目的是保证分/合闸速度的同时降低分/合闸结束时操动机构的机械冲击㊂这种控制思路调试简单,工程上实现相对容易㊂但是,灭弧室开距㊁超程与操动机构传动结构不同,对驱动电机的出力要求也略有不同,分段控制策略需要针对负载变化情况与操动机构的动作要求做相应调整,而现有研究并未对此进行深入分析㊂电机操动机构应用于真空断路器相比于隔离开关和SF6断路器驱动电机的负载特性与动作要求并不相同,若操动机构㊁断路器以及控制策略之间的匹配不合理,容易引起操动机构机械碰撞加剧㊁触头弹跳㊁预击穿等现象的出现,影响断路器的工作可靠性㊂基于当前研究现状,本文首先通过对126kV真空断路器电机操动机构的负载特性进行分析,确定作为操动机构驱动电机所需满足的转矩㊁转速要求㊂提出一种有限转角永磁无刷电机设计方案,研制样机与断路器进行联机试验,证明驱动电机的输出转速与出力特性均可以满足灭弧室对操动机构的动作要求㊂其次,结合分段控制思想,根据驱动电机输出转矩需求,设计分段转矩控制策略,将操动机构运动过程进一步划分为启动阶段㊁合闸阶段㊁超程阶段和缓冲阶段,分段调节电机输出转矩㊂目的是降低触头碰撞㊁避免预击穿现象发生㊁提高断路器工作可靠性㊂最后,在驱动电机-断路器-控制策略的配合试验中完成对整套电机操动机构运动过程优化以及提升工作可靠性方面的检验㊂1㊀126kV真空断路器电机操动机构126kV真空断路器电机操动机构结构如图1所示㊂位于边相的一台电机通过法兰盘直接驱动传动主轴,带动拐臂㊁传动连杆㊁绝缘拉杆构成的传动机构将电机的旋转运动转换为动触头的直线运动,实现断路器的分/合闸操作㊂图1㊀126kV真空断路器电机操动机构结构Fig.1㊀Structure of motor operating device for126kV vacuum circuit breaker断路器真空灭弧室的主要参数如表1所示,其69电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀中:平均合闸速度指操动机构从30%开距至触头闭合位置行程内的平均速度;平均分闸速度指从触头闭合位置至75%开距行程内的平均速度㊂表1㊀灭弧室机械参数对开关机械特性需求Table 1㊀Mechanical parameters and characteristic require-ments of arc-extinguishing chamber㊀㊀参数数值触头开距/mm 60超行程/mm 24额定触头压力/N 6000ʃ500触头初压力/N 4800ʃ300触头自闭力/N 180ʃ40平均合闸速度/(m /s) 1.3ʃ0.5平均分闸速度/(m /s) 3.5ʃ0.5合闸时间/ms 50~90分闸时间/ms30~602㊀操动机构动力学分析2.1㊀运动过程分析根据表1中触头开距60mm,超行程24mm 的操动机构运动要求,设计拐臂长度为109.2mm,传动连杆长度为139.9mm㊂拐臂在电机的驱动下由水平位置逆时针旋转至34ʎ时,操动机构完成开距阶段运动,继续旋转30ʎ与水平位置夹角为64ʎ时,操动机构完成超行程阶段运动,合闸过程结束㊂此时,拐臂与传动连杆成一条直线,利用电机驱动力与传动机构死点位置实现断路器的合闸保持,具体过程如图2所示㊂操动机构的分闸过程与此相反㊂图2㊀电机操动机构传动简图Fig.2㊀Motor operation device transmission diagram2.2㊀负载特性分析操动机构在动触头运动阶段,驱动电机的负载特性受灭弧室自闭力和系统重力影响;在超行程阶段,除自闭力和系统重力外,驱动电机还需克服触头压簧的弹性反力作用㊂操动机构运动过程中电机转子角位移与操动机构直线位移及驱动电机负载转矩的关系如图3所示㊂图3㊀转子角位移与操动机构直线位移及电机负载转矩关系Fig.3㊀Relationship between rotor angular displace-ment and linear displacement of the motor op-eration device and motor load torque从图3可以看出,刚合闸瞬间由于触头压簧的预紧力作用,电机负载转矩发生突变,其最大值接近1000N㊃m,此值为驱动电机峰值转矩输出要求提供了依据㊂同时结合表1中灭弧室对操动机构的动作速度要求,可以计算出满足平均分/合闸速度要求下驱动电机所需达到的平均合闸转速为132r /min,平均分闸转速为212r /min㊂3㊀操动机构驱动电机设计3.1㊀驱动电机结构设计本文研制完成了一台3相㊁4极㊁36槽圆筒形定子外壳㊁内转子结构有限转角永磁无刷电机㊂转子材料选用10号钢,永磁材料选用N40型钕铁硼永磁体,采用瓦形径向充磁结构㊂设计燕尾卡槽型转子结构改变永磁体与转子表面的装配关系,通过将永磁体外表面嵌入在燕尾卡槽内,改善操动机构在分合闸结束时与机械限位碰撞导致永磁体发生松动和脱落的问题,提高驱动电机工作可靠性㊂其结构如图4(a)所示㊂定子材料选用DW470硅钢片,采用整数槽㊁多79第1期王奕飞等:高压断路器操动机构驱动电机及其控制技术研究槽结构设计㊂电枢绕组为单层集中整距绕组排列方式,考虑到电机仅工作在启动状态,为加快电流上升速度,增大启动转矩,采用2套独立线圈并联结构,其接线方式如图4(b)所示㊂驱动电机整体结构如图4(c)所示,详细结构参数列于表2㊂图4㊀驱动电机原理结构Fig.4㊀Principle and structure diagram of drivemotor表2㊀驱动电机主要结构参数Table 2㊀Main structure parameters of the motor㊀㊀参数数值永磁体极对数2定子槽数36每极每相槽数3每槽绕组匝数27极弧系数0.93气隙长度/mm 1绕组线径/mm 1.5每相绕组电机/Ω0.715定子外形尺寸/mm 220ˑ400最高工作电压/V500电机转子初始位置及具体换相过程如图5所示,进行合闸操作时,驱动电机逆时针旋转,导通相依次为AB -AC -BC;分闸操作与此相反,驱动电机顺时针旋转CB -CA -BA 相依次导通㊂整个分(合)闸过程,驱动电机经历两次换相,共旋转64ʎ㊂图5㊀转子旋转起止位置及换相角度Fig.5㊀Start-stop position and commutation angleof rotor3.2㊀动态仿真结果分析驱动电机动态仿真结果如图6所示,可以看出,合闸时,整个过程持续48.8ms,合闸时间为34.6ms,最大电磁转矩达到1257N㊃m,测速区间对应电机转角范围23ʎ~34ʎ,平均转速为327r /min,对应平均合闸速度3.21m /s;分闸时,整个过程持续47ms,分闸时间32.8ms,最大电磁转矩1146N㊃m,测速区间对应电机转角范围34ʎ~8ʎ,平均转速为398r /min,对应平均分闸速度4.13m /s㊂仿真结果表明,驱动电机可在规定时间内完成分/合闸操作,输出电磁转矩与测速区间内的平均转速在满足转矩特性和灭弧室要求的前提下均留有足89电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀够裕量,具备作为操动机构驱动电机的能力㊂驱动电机样机如图7所示㊂图6㊀驱动电机动态性能Fig.6㊀Dynamic performance ofmotor图7㊀驱动电机样机Fig.7㊀Prototype of the driving motor4㊀联机试验为验证电机操动机构的分/合闸性能,搭建驱动电机-断路器联机试验平台,如图8所示㊂操动机构由电容器组提供分/合闸能量,通过调压器完成对充电电压的预先调节㊂控制系统以数字信号处理器TMS320F28335为核心,经IGBT 组成的三相全桥逆变电路对驱动电机进行控制㊂试验平台中储能电容器组由6个容量为0.022F㊁额定电压为450V 的电容并联组成;驱动电机主轴上安装有角位移传感器,供电电源为DC 15V,测量范围360ʎ;灭弧室动㊁静触头的母线端子上连接有分/合闸检测电路,供电电源为DC 15V㊂图8㊀电机-断路器联机试验平台结构Fig.8㊀Motor-breaker inline test platform structure接下来分别进行了电容电压为250㊁300V 的操动机构分/合闸性能测试试验,结果如图9所示㊂试验中,电容电压为250㊁300V 时,操动机构完成整个分闸过程的时间分别为50.4㊁48.5ms,分闸时间分别为31.2㊁30.5ms,动触头从闭合位置运动至75%开距的时间为13.4㊁12.8ms,对应平均分闸速度为3.36㊁3.52m /s;完成整个合闸过程的时间分别为124.2㊁96.7ms,合闸时间分别为59.8㊁53.2ms,动触头从30%开距运动至触头闭合位置的时间为8.1㊁7.4ms,对应平均合闸速度为2.22㊁2.43m /s㊂试验结果可以看出,电机操动机构可以顺利完成分/合闸操作,电容电压的改变有效影响了操动机构的动作时间与动作速度,体现出驱动电机良好的动态性能㊂同时在分/合闸结束时操动机构在分/合闸位置上可靠保持,没有引起明显的弹跳与过冲,验证了整套电机操动机构设计的合理性㊂进一步分析试验结果可以发现,操动机构的分闸时间与分闸速度可以满足灭弧室对开关机械的特性需求;而合闸试验中,平均合闸速度高于表1中灭弧室的参数要求,较高的平均合闸速度虽然可以缩短预击穿时间,但也一定程度上加剧了触头之间的碰撞损耗㊂同时,合闸超程阶段触头压簧引起的电机负载转矩变化使角位移曲线在52ʎ附近出现了明显波动,并在合闸末期出现了上扬现象㊂合闸末期的角位移曲线上扬现象意味着电机转速的上升会加剧合闸结束时操动机构与机械限位之间的机械碰撞㊂因此,为改善操动机构的合闸性能,提高断路器的工作可靠性,有必要调整控制方式,优化合闸过程㊂99第1期王奕飞等:高压断路器操动机构驱动电机及其控制技术研究图9㊀不同电容电压下分/合闸试验结果Fig.9㊀Test results of breaking/closing under different capacitance voltages5㊀分段转矩控制策略合闸角位移曲线之所以会出现波动是由于固定电压控制方式下,电机输出转矩无法动态调节,运动过程受负载变化影响所致㊂通过对动作曲线的预先规划,计算出满足动作要求的驱动电机输出转矩,通过分段调节逆变电路中功率管驱动信号占空比的方式,实现分段转矩控制,完成对操动机构的运动过程优化[15]㊂5.1㊀动作曲线规划采用三次多项式与直线过渡的方案从驱动电机侧进行角位移曲线规划[16]㊂拟定测速区间对应运行时间段为50~60ms,此区间内电机匀速旋转;剩余两段行程区间通过初始和末端位置的速度约束关系㊁位置约束关系可以计算出三次多项式的各项系数㊂具体函数关系建立如下:θ(t)=912500t3+71250t2,0msɤtɤ50ms;1110t-32,50ms<tɤ60ms;-14000t3+37800t2-74t+532,60msɤtɤ100ms㊂ìîíïïïïïï(1)合闸角位移规划曲线如图10所示,合闸起始位置与终止位置的电机转速为0,充分降低操动机构与机械限位装置间的机械碰撞;测速区间运行时间为10ms,对应动触头行程为18mm,平均合闸速度为1.8m/s,满足灭弧室动作要求㊂图10㊀合闸角位移规划曲线Fig.10㊀Planning displacement curve of closing operation 5.2㊀驱动电机转矩需求计算电机操动机构的传动结构是一个受约束的连杆系统㊂系统包含2个旋转关节,电机仅负责对拐臂进行驱动,如图2所示,运用欧拉-拉格朗日法对其进行动力学建模,其动力学模型如下[17]:D(q)q㊃㊃+C(q,q㊃)q㊃+G(q)+J Tϕ(q)λ=Q㊂(2)其中:q=[q1q2]T,q1为拐臂与x轴之间的夹角,q2001电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀为连杆与拐臂之间的夹角;D (q )为2ˑ2阶正定惯性矩阵;C (q ,q ㊃)为2ˑ2阶离心力和哥氏力项;G (q )为2ˑ1阶重力项;J T ϕ(q )为约束矩阵的Jaco-bian 信息;λ为拉格朗日乘子;Q 为广义力向量,各矩阵具体形式为:D (q )=p 1+p 2+2p 3cos q 2p 2+p 3cos q 2p 2+p 3cos q 2p 2éëêêùûúú;C (q ,q ㊃)=p 3sin q 2-q ㊃2-(q ㊃2+q ㊃1)q ㊃1éëêêùûúú;G (q )=p 4g cos q 1+p 5g cos(q 1+q 2)+p s1p 5g cos(q 1+q 2)+p s2éëêêùûúú㊂式中:p 1~p 5为系统动力学参数组成的表达式[17],p 1=(m 2+m v )l 21+m 1l 2c1+I 1,p 2=m v l 22+m 1l 2c2+I 2,p 3=(m v l 2+m 2l c2)l 1,p 4=(m 2+m v )l 1+m 1l c1,p 5=m v l 2+m 2l c2;m 1㊁m 2㊁l 1㊁l 2㊁l c1㊁l c2㊁I 1㊁I 2分别为拐臂和传动连杆的质量㊁长度㊁质心到端点的距离和各自绕质心的转动惯量,m v 在动触头运动阶段(q 1<34ʎ)为绝缘拉杆和灭弧室中运动部件的质量和,在超行程阶段(q 1ȡ34ʎ)为绝缘拉杆的质量;p s1㊁p s2为触头压簧引起的弹性势能变化量,其值在动触头运动阶段均为0,超行程阶段p s1=k Δx [l 1cos q 1+l 2cos(q 1+q 2)],p s2=k Δxl 2cos(q 1+q 2),k 为弹簧的劲度系数,Δx 为弹簧压缩量,其值在动触头运动阶段为定值Δx 1,用来提供预紧力,在超行程阶段压缩量逐渐变化为Δx 1+sin q 1+l 2sin(q 1+q 2)-l 2㊂由于动触头只能在竖直方向运动,因此系统的自由度为1,可通过约束条件对系统进行降阶[18]㊂取q 1为描述约束运动的变量,q 2为剩余冗余变量,由图2可知q 1和q 2的约束关系为l 1cos q 1+l 2cos(q 1+q 2)-l 1=0㊂(3)因此q 2=cos -1l 1l 2(1-cos q 1)[]-q1=ψ(q 1),(4)则有:q ㊃=q ㊃1q ㊃2éëêêùûúú=1 ψ(q 1) q 1éëêêêùûúúúq ㊃1=L (q 1)q ㊃1;(5)q ㊃㊃=L ㊃(q 1)q ㊃1+L (q 1)q ㊃㊃1㊂(6)由于J ϕ(q 1)L (q 1)=L T (q 1)J T ϕ(q 1)=0,因此式(2)通过左乘L T (q 1)可消除λ[19],并将式(4)~式(6)代入得D L (q 1)q ㊃㊃1+C L (q 1,q ㊃1)q ㊃1+G L (q 1)=L T (q 1)Q ㊂(7)式中:D L (q 1)=L T (q 1)D (q 1)L (q 1);C L (q 1,q ㊃1)=L T (q 1)[D (q 1)L ㊃(q 1)+C (q 1,q ㊃1)L (q 1)];G L (q 1)=L T (q 1)G (q 1)㊂对于式(2)中的广义力矩阵Q 可运用虚功原理求得,系统虚功可表示为δW =δq T Q =τδq 1+F Z δx ㊂(8)其中:τ为驱动电机输出转矩;F Z 为灭弧室自闭力;δx 为动触头运动方向的虚位移,其值在超程阶段为0,在动触头运动阶段为l 1sin q 1+l 2sin(q 1+q 2)-l 2,因此有Q =τ+F Z [l 1cos q 1+l 2cos(q 1+q 2)]F Z l 2cos(q 1+q 2)éëêêùûúú,q 1<34ʎ;τ[],q 1ȡ34ʎ㊂ìîíïïïïï(9)操动机构传动部分各构件质量如表3所示,并将式(9)和式(1)中规划行程曲线的q 1㊁q ㊃1㊁q ㊃㊃1信息代入式(2)即可得出满足动作要求的驱动电机输出转矩,如图11所示㊂表3㊀传动部分各构件质量Table 3㊀Mass of componentsfor transmission part㊀部件质量/kg 拐臂 3.36传动连杆 1.37绝缘拉杆11.62触头压簧组件20动触头6图11㊀驱动电机输出转矩Fig.11㊀Output torque of the drive motor101第1期王奕飞等:高压断路器操动机构驱动电机及其控制技术研究5.3㊀控制策略设计本文将断路器的合闸过程划分为4个阶段,分别为Ⅰ:启动阶段㊁Ⅱ:合闸阶段㊁Ⅲ:超程阶段㊁Ⅳ:缓冲阶段,如图10所示㊂依据图11的驱动电机输出转矩需求,将各阶段的转矩调控策略设计如下: 1)启动阶段:设计为合闸测速起始位置之前对应的电机转角范围㊂此阶段电机负载转矩较小,电机转矩需求维持在驱动电机最大输出转矩一半附近,因此可将驱动信号占空比设计在0.5~1之间㊂同时对控制占比的适当限制可减少电容中能量消耗,保证系统有足够储能完成超程阶段运动[13-14]㊂2)合闸阶段:设计为测速区间对应的电机转角范围㊂该阶段既要保证合闸速度避免预击穿现象发生,同时又要考虑降低合闸时的触头机械碰撞[20]㊂结合此阶段明显减小的电机转矩需求,将驱动信号控制占比设计在0~0.5之间㊂3)超程阶段:设计为合闸位置至角位移曲线出现明显波动位置时的角度区间㊂此阶段由于触头压簧引起的负载转矩变化,使电机转矩需求瞬间增加,并接近转矩输出峰值,因此应将驱动信号控制占比设置为1,保证电机有足够转矩输出完成超程阶段运动㊂4)缓冲阶段:应配合逐渐减小的电机转矩需求,降低转矩输出,避免合闸末期电机转速上升现象出现㊂同时较小的输出转矩可以降低操动机构与机械限位之间的碰撞,提高断路器工作可靠性㊂驱动信号占空比应设置在0~0.5之间㊂各阶段控制占比具体数值可通过试验确定,本文在电容电压充至400V的情况下合闸,各阶段具体转角划分与相应控制占空比设置如表4所示㊂表4㊀各阶段转角范围与对应控制占空比Table4㊀Angle range of each stage and the corresponding control duty cycle㊀转角范围占空比Ⅰ:0ʎ~23ʎ0.7Ⅱ:23ʎ~34ʎ0.5Ⅲ:34ʎ~52ʎ1Ⅳ:52ʎ~64ʎ0.45.4㊀试验研究图12为分段转矩控制方式下的试验结果,合闸时间为57.5ms,平均合闸速度为2.02m/s㊂合闸阶段控制占比的降低使平均合闸速度相比于300V和250V固定电压控制方式下分别下降了0.41m/s和0.20m/s㊂虽然略高于灭弧室要求,但考虑到合闸试验是在断路器空载运行时进行的,而事实上断路器在执行合闸操作时,动触头会因预击穿现象的发生受到与运动方向相反的电动力作用,引起合闸速度下降㊂因此,空载情况下稍高的合闸速度对于保证实际运行中断路器的合闸速度满足灭弧室要求是有一定积极意义的[21-22]㊂超程阶段功率管的完全导通保证了电机转矩的有效输出,同时配合缓冲阶段较小的控制占比在保证断路器可靠合闸的前提下有效解决了角位移曲线上扬问题㊂分段转矩控制策略下整个合闸过程角位移曲线平滑无波动,有效降低了刚合速度与合闸结束速度,实现了对操动机构的运动过程优化和工作可靠性提高,体现出控制策略的有效性㊂图12㊀分段转矩控制方式下试验结果Fig.12㊀Experimental curves of torque subsection control 6㊀结㊀论本文设计了一套适用于126kV真空断路器的电机操动机构,从提高断路器工作可靠性㊁优化操动机构运动过程角度完成了驱动电机设计与控制策略研究,主要结论如下:1)完成操动机构驱动电机样机研制,设计燕尾卡槽型转子结构提高电机工作可靠性㊂联机试验下试验样机施加电压高于250V时,操动机构合闸时间小于59.8ms,平均合闸速度高于2.22m/s;分闸时间小于31.2ms,平均分闸速度高于3.36m/s㊂2)将驱动电机在0ʎ~23ʎ㊁23ʎ~34ʎ㊁34ʎ~52ʎ㊁52ʎ~64ʎ4个转角区间的控制占比设置为0.7㊁201电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀0.5㊁1㊁0.4时,操动机构的合闸时间为57.5ms,平均合闸速度为2.02m/s,相比于300㊁250V固定电压控制方式下分别下降了0.41m/s和0.20m/s㊂3)分段转矩控制策略改善了固定电压控制方式下合闸速度较高与合闸末期电机转速上升问题,提高了断路器的工作可靠性,实现了操动机构的运动过程优化㊂参考文献:[1]㊀林莘.现代高压电器技术[M].北京:机械工程出版社,2011.[2]㊀徐国政,张节容,钱家骊,等.高压断路器原理和应用[M].北京:清华大学出版社,2000.[3]㊀林莘,王德顺,徐建源,等.高压断路器直线伺服电机操动机构及其控制技术[J].中国电机工程学报,2008,28(27):137.LIN Xin,WANG Deshun,XU Jianyuan.Linear servo motor oper-ating mechanism and control technique for high-voltage circuit breaker[J].Proceedings of the CSEE,2008,28(27):137.[4]㊀孙丽琼,王振兴,何塞楠,等.126kV真空断路器分离磁路式永磁操动机构[J].电工技术学报,2015,30(20):49.SUN Liqiong,WANG Zhenxing,HE Sainan,et al.A permanent magnetic actuator with separated magnetic circuit for126kV vacu-um circuit breaker[J].Transactions of China Electrotechnical So-ciety,2015,30(20):49.[5]㊀邹积岩,刘晓明,于德恩.基于智能模块的高压直流真空断路器研究[J].电工技术学报,2015,30(13):47.ZOU Jiyan,LIU Xiaoming,YU Deen.Investigations on the HVDC vacuum circuit breaker based on intelligent models[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2015,30(13):47.[6]㊀李永祥,林莘,徐建源.高压断路器有限转角永磁电机操动机构两种定子结构[J].电工技术学报,2010,25(5):61.LI Yongxiang,LIN Xin,XU Jianyuan.Two stator structures of limited angle permanent magnet motors for operating mechanism on high voltage circuit breaker[J].Transactions of China Electro-technical Society,2010,25(5):61.[7]㊀林莘,马跃乾,徐建源,等.高压断路器新型操动机构驱动电机设计分析[J].沈阳工业大学学报,2008,30(2):129.LIN Xin,MA Yueqian,XU Jianyuan,et al.Designand analysis of novel operating mechanism drive motor for high voltage circuit breaker[J].Journal of Shenyang University of Technology, 2008,30(2):129.[8]㊀芦宇峰,孟大伟,徐永明,等.SF6高压断路器智能化操动机构的研究与优化[J].电机与控制学报,2013,17(7):94.LU Yufeng,MENG Dawei,XU Yongming,et al.Research and optimization of intelligent operating mechanism for SF6high voltage circuit breaker[J].Electric Machines and Control,2013,17(7):94.[9]㊀王亮,荆澜涛,许东,等.高压真空断路器电机操动机构转子设计仿真研究[J].高压电器,2017,53(2):61.WANG Liang,JING Lantao,XU dong,et al.Improvement and simulation of the motor actuator rotor for high voltage vacuum[J].High Voltage Apparatus,2017,53(2):61.[10]㊀王亮.高压真空断路器电机操动机构及模糊控制研究[D].沈阳:沈阳工业大学,2014.[11]㊀史可鉴.GIS中隔离开关电机操动机构及控制方法研究[D].沈阳:沈阳工业大学,2016.[12]㊀何保营,韩国辉,耿英三,等.新型126kV电机直驱高压真空断路器伺服控制系统研究[J].高压电器,2020,56(8):92.HE Baoying,HAN Guohui,GENG Yingsan,et al.Novel servocontrol system for126kV direct-driven high-voltage vacuum cir-cuit breaker[J].High Voltage Apparatus,2020,56(8):92.[13]㊀史可鉴,林莘,徐建源.550kV GIS中隔离开关电机操动机构分段式控制方法的研究[C]//中国电机工程学会高电压专业委员会学术年会,2015年10月15日,西安,中国.2015:1-7.[14]㊀邓赟,武建文,金鑫晨,等.基于高压断路器电机操动机构的位移分段控制策略[J].电工技术学报,2018,33(15):3586.DENG Yun,WU Jianwen,JIN Xinchen,et al.Displacementsubsection control strategy based on motor operating device ofhigh voltage circuit breaker[J].Transactions of China Electro-technical Society,2018,33(15):3586.[15]㊀吕帅帅,林辉,马冬麒.基于最优占空比调制的永磁同步电机直接转矩控制[J].电工技术学报,2015,30(S1):35.LÜShuaishuai,LIN Hui,MA Donglin.Direct torque control forpermanent magnet synchronous motor with optimal duty cycle con-trol[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2015,30(S1):35.[16]㊀杨锐,刘宇,韩书谟,等.126kV真空断路器电机驱动负载需求分析与优化[J].高压电器,2020,56(8):100.YANG Rui,LIU Yu,HAN Shumo,et al.Analysis and optimiza-tion of load torque demand of126kV vacuum circuit breakerbased on motor driving[J].High Voltage Apparatus,2020,56(8):100.[17]㊀牛瑞燕,许午啸,刘金琨.欠驱动机械臂滑模控制与实验研究[J].仪器仪表学报,2016,37(2):348.NIU Ruiyan,XU Wuxiao,LIU Jinkun.Sliding mode control andexperiment study for underactuated manipulator[J].ChineseJournal of Scientific Instrument,2016,37(2):348. [18]㊀盛洋,赖旭芝,吴敏.基于模型降阶的平面三连杆欠驱动机械系统位置控制[J].自动化学报,2014,40(7):1303.SHENG Yang,LAI Xuzhi,WU Min.Position control of a planar301第1期王奕飞等:高压断路器操动机构驱动电机及其控制技术研究。

《具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器的开发与研究》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，对电机驱动系统的性能要求日益提高。

永磁同步电机（PMSM）以其高效率、高功率密度和良好的调速性能，在工业自动化、电动汽车及航空航天等领域得到广泛应用。

具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器，能实现更为精确的电机控制，提高系统的动态性能和稳定性。

本文旨在探讨具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器的开发与研究，为相关领域的研究和应用提供参考。

二、永磁同步电机基本原理与特性永磁同步电机依靠永久磁场和定子上的电流磁场之间的相互作用，实现电机转子的同步旋转。

其特点包括高效率、高功率因数、低能耗等。

同时，由于没有电励磁系统，其结构相对简单，维护成本较低。

三、扭矩反馈系统的重要性扭矩反馈系统在永磁同步电机驱动控制器中扮演着重要角色。

通过实时监测电机的扭矩输出，可以有效地对电机进行控制，提高系统的动态响应速度和稳定性。

此外，扭矩反馈还能帮助系统实现精确的速度和位置控制，满足复杂工况下的应用需求。

四、具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器开发1. 硬件设计：- 控制器硬件主要包括微处理器、功率转换电路、电流传感器、扭矩传感器等。

- 微处理器负责处理传感器信号，控制功率转换电路，实现电机的精确控制。

- 功率转换电路将直流电源转换为交流电源，驱动电机运行。

- 电流传感器和扭矩传感器实时监测电机的电流和扭矩输出，为控制器提供反馈信号。

2. 软件算法：- 控制器软件算法包括扭矩观测器、控制器算法、通信协议等。

- 扭矩观测器通过算法估计电机的扭矩输出，提供给控制器作为反馈信号。

- 控制器算法根据电机的实时状态和设定的控制目标，计算控制信号，驱动电机运行。

- 通信协议用于控制器与上位机之间的数据传输和指令交互。

五、研究现状与挑战目前，具有扭矩反馈的永磁同步电机驱动控制器在理论研究和实际应用方面均取得了一定的成果。

然而，仍存在一些挑战需要解决，如扭矩传感器的精度和稳定性问题、控制算法的优化和改进等。

磁控操作机构的工程应用分析摘要：本文对比了弹簧、永磁、电磁和磁控等几种典型操作机构的动作原理和技术特点，优选磁控操作机构进行工程实用化应用分析，剖析磁控机构的结构组成、工作原理和技术优点，基于磁控操作机构的速动性展开磁控开关的五级级差保护方案研究与工程应用分析。

关键词：磁控操作机构；速动性；磁控开关；五级级差保护0 引言随着经济的高速发展，配电网负荷越来越大，配电线路的停电所带来的经济损失以及社会影响越来越严重，如何提升配网供电可靠性，减少线路故障停电时间，成为了电网公司的迫切需求。

文章对比弹簧、永磁、电磁和磁控等几种典型配电开关操作机构的动作原理和技术特点，重点针对新型磁控操作机构展开工程应用分析，提出基于磁控开关的五级级差保护应用方案，对磁控开关的推广应用，提升配网线路的供电可靠性具有重要的指导意义。

1 配电开关典型操作机构对比1.1弹簧操作机构弹簧操作机构合闸时，先通过储能电机对合闸弹簧进行储能，再由合闸脱扣器解锁机械锁扣装置，释放合闸弹簧中能量，通过输出凸轮驱动开关合闸，合闸完成后由合闸锁扣装置实现保持；分闸时由分闸脱扣器解锁机械锁扣装置，开关将在分闸弹簧、触头弹簧的作用力驱动下完成分闸动作。

优点是合分闸电流较小，操作功耗小；缺点是结构复杂，传动、锁扣、脱扣装置多，机械零部件数量多，易损坏，机械寿命一般在1万次。

1.2永磁操作机构永磁操作机构由于采用永磁体实现合分闸位置的保持，取消了机械锁扣装置，进一步简化了结构，由合闸电流通过合闸线圈产生电磁力驱动动铁芯，完成合闸动作后，由永磁体的磁力吸附动铁芯，实现合闸保持。

分闸时，在合闸线圈或者中通以反向电流，产生分闸方向的电磁力，抵消永磁体磁力，驱动动铁芯，完成分闸动作后，利用分闸弹簧或者分闸端永磁体实现分闸保持。

优点是结构简单，体积小，可靠性高，机械寿命一般在3万次以上；缺点操作电流大，操作功耗高，操作高度依赖控制系统。

1.3电磁操作机构电磁操作机构结构也比较简单，合闸时由合闸电流在合闸线圈中产生的电磁力来驱动动铁芯，动铁芯推动运动支架带动开关进行合闸，当合闸完成后由维持线圈中的电磁力实现保持。

永磁直线同步电动机关键技术的研究第1章绪论1.1课题的背景与意义随着科学技术进步，高效率、高精度、高柔化和绿色化成为机械加工的重要发展方向。

切削加工的发展方向是高速切削加工。

一方面，高速加工不仅极大提高了机械加工生产效率，而且可降低切削力 30%以上，尤其径向切削力大幅度减小，同时 95%-98%的切削热被切屑带走，加工零件的热变形小，振荡频率高，工作平稳，有利于提高加工零件的光洁度，从而极大地提高了加工零件的质量及互换性;另一方面，超微细加工及科学实验对精密加工提出了越来越高的要求。

实现高速、精密加工的基本条件是:要有性能优良的高速精密机床。

为了保证进给量不变，确保零件的加工精度，表面质量和刀具耐用度，驱动系统的速度也必须相应提高;同时，进给系统的行程一般比较小，也要求驱动系统具有高的加(减)速度，以缩短启动、变速、停止的过渡时间。

因此，研制新型高速精密驱动系统是国内外的研究热点。

在工业发达国家，高速切削技术正成为切削加工的主流技术。

根据 1992年国际生产工程研究会(CLRP)年会主题报告的定义，高速切削通常指切削速度超过传统切削速度5-10倍的切削加工。

目前，多数数控机床的进给系统，采用旋转伺服电机驱动滚珠丝杠。

为了适应高速精密加工的要求，一些厂商采用了不同的措施不断改进滚珠丝杠的结构和性能，如日本MAZAK公司的FF66O卧式加工中心采用高速滚珠丝杠副驱动系统，其速度达 1.5m/s，加速度为1.5g，重复精度达0.002mm 。

但滚珠丝杠驱动系统需中间环节(如联轴器、滚珠丝杠、螺母等)传动，存在很多缺点，如存在反向死区、螺距误差引起误差传递、由于摩擦磨损而导致的精度渐变、附加惯量大、弹性变形引起爬行，以及位置、速度、加速度受限于丝杠的机械特性(刚度、临界速度)等，进一步改进高速精密滚珠丝杠驱动系统，有着不可克服的困难。

所以机床上传统的“旋转电机+滚珠丝杠”进给传动方式，由于受自身结构的限制，在进给速度、加速度、快速定位精度等方面很难有突破性的提高，已无法满足超高速切削、超精密加工对机床进给系统伺服性能提出的更高要求。

《永磁同步电机伺服控制系统的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对于精确、快速和可靠的驱动控制系统需求日益增加。

其中，永磁同步电机（PMSM）伺服控制系统因其高效率、高精度和高动态响应等优点，在机器人、数控机床、航空航天等领域得到了广泛应用。

本文旨在研究永磁同步电机伺服控制系统的相关技术及其应用。

二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种利用永磁体产生磁场并由电机电流进行励磁控制的电机。

其工作原理是：当电机通电时，定子中的电流产生磁场，与转子上的永磁体相互作用，产生力矩，驱动电机转动。

PMSM具有高效率、高功率密度和良好的控制性能等特点。

三、伺服控制系统设计伺服控制系统是PMSM的核心部分，主要包括电流环、速度环和位置环三部分。

在伺服控制系统中，需要采用先进的控制策略和算法，以实现对电机的高精度控制。

（一）电流环设计电流环是伺服控制系统的内环，负责控制电机的电流。

为了实现高精度的电流控制，需要采用数字PID控制器等先进控制策略。

此外，还需要考虑电机的参数变化和外部干扰等因素对电流环的影响。

（二）速度环设计速度环是伺服控制系统的中环，负责控制电机的速度。

为了实现快速、平稳的速度控制，需要采用矢量控制等先进的控制策略。

此外，还需要考虑电机的负载变化和机械系统的动态特性等因素对速度环的影响。

（三）位置环设计位置环是伺服控制系统的外环，负责控制电机的位置。

为了实现高精度的位置控制，需要采用先进的算法和传感器技术。

同时，还需要考虑机械系统的非线性因素和外部干扰等因素对位置环的影响。

四、先进控制策略研究为了进一步提高伺服控制系统的性能，需要研究先进的控制策略和算法。

其中包括：无差拍控制、滑模变结构控制、神经网络控制和模糊控制等。

这些先进的控制策略可以有效地提高系统的动态性能、鲁棒性和适应性。

五、应用研究永磁同步电机伺服控制系统在机器人、数控机床、航空航天等领域有着广泛的应用。

其中，在机器人领域，PMSM伺服控制系统可以实现高精度的位置控制和速度控制，提高机器人的工作效率和精度；在数控机床领域，PMSM伺服控制系统可以实现高精度的加工和定位，提高产品的加工精度和质量；在航空航天领域，PMSM伺服控制系统可以实现高精度的姿态控制和轨迹跟踪等任务。