永磁同步电机矢量控制系统中主要信号的检测方法
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厂法测速是将曲法和法两种方法结合起来在一定的时间范围内同时对光电编码盘输出的脉冲个数和时钟脉冲膨进行计数如图所示则电机每分钟转速为编码器脉冲信号耻一一删卜瓦叫图厂法测速原理下转第页万方数据船电技术年第期图总线工业控制机程序流程图系统后半部分使用总线采用汇编语言编写
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（ ｈ ｎＭａｉｅ ｌ ｔ ｃ ｒ ｐ ｌ ｏ ｅ ｅ ｒｈＩｓ ｔｔ Ｃ Ｉ Ｗｕ ａ ３ ０ ４ Ｃ ｉａ） Ｗｕ ａ ｒ ｅ ｒ ｏ ｕｓ ｎＲ ｓａｃ ｔｕｅ ＳＣ， ｈ ｎ４ ０ ６ ， ｈｎ ｎ Ｅ ｃ ｉＰ ｉ ｎｉ ，
Ｋｅ ｒ ｓ Ｐ Ｓ ； ｅ ｔｒｃ ｎｒ ｌ ｄ ｔｃｉｎｔｃ ｎ ｌｇ ｙｗｏ ｄ ： Ｍ Ｍ ｖ ｃｏ ｏ ｔ ； ｅｅ ｔ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｏ ｅ
ｌ言 引
永磁 同步 电机具： 有功率密度大、效率高、无电 刷 、噪音低、免维护等优点，因而在航空航天、电 动汽车、机床控制等领域得到了越来越广泛的研究
必要前提 。 电流检测主要采用 电阻法、 电流互感法、 霍尔效应 电流传感器法。由于电阻法受温度 的影响 而导致精度不确定，且没有信号隔离作用 ，电流互 感法在测量动态或者低频电流信号时精度不高，所
以定 子 电流检 测 常采用 霍 尔 电流传 感器 。
度 、转子位置、转速等。
３ 电流 的检测方法
Ａ ｓｒ ｃ： ａ ｅ ｎ ｈ ｒ ｃ ｌ ｏ ｖ ｃ ｒ ｏ ｔ ｌｔｉｐ ｐ ｒｎｒｄ ｃｓ ｅｈ ｄｏ ｓ ｎ ｌ ｅｅｔ ｎｉ ｂ ｔａ ｔ Ｂ ｓｄｏ ｅ ｉ ｉ ｅ ｆ ｅｔ ｎｒ ，ｈｓ ａ ｅ ｔ ｕ ｅ ｍ ｔｏ ｉ ａ ｔｃ ｏ ｔ ｐ ｎｐ ｏｃ ｏ ｉ ｏ ａ ｆ ｇ ｄ ｉ ｎ ｔｅｖｃｏ ｏ ｔ ｌｙｔｍ ｏ ＭＳ Ｔ ｅｍｅ ｏ ａ ｕ ｔ ｓ ｘ ｅｉ ｎ ｓ ｍ ａ ｄｃ ｕｄｍｅ ｔ ｈ ｅ ｔｒ ｎｒ ｓ ｃ ｏ ｓ ｅ ｆＰ Ｍ． ｈ ｔ ｄｈ ｓ ｔｎｏｕ ｅｉ ｅｐ ｒ ｔ ｙｔ ｎ ｌ ｅ ｈ ｐ ｉ ｎ ｍｅ ｓ ｅ ｏ ｔｅ ｅ ｄ ｐ ａ ｔ ａ ｐｉａｉｎ ｈ ｅ ｓ ｆ ｒｃｉ ｌｐ ｌ ｔ 。 ｎ ｏ ｃ ａ ｃ ｏ
流器、 脉宽调制 （ＷＭ） Ｐ 逆变器、 永磁同步电动机、 转子位置传感器、电流传感器等部件组成。控制回 路 由速度 调节 器 、 量 变换 电路 、 矢 电流 调节 器 、ＷＭ Ｐ
量， 再通过 Ｐ ｋ逆变换转换成 ａ 直角坐标系的定 ｒ ａ ， ａ
子相 电压 矢量 的分 量 ，输入 到 Ｐ ＷＭ 生成器 ，通 过 驱动 电路 控制 逆变 器 。
件产生霍尔电势 。该电势经过放大器驱动 Ｔ 、Ｔ １ ２ 导电，从而使绕在聚磁环上的线圈流过电流，线圈 中流过的 电流在聚磁 环中也会产 生方 向正好 与被
和应 用 。随着 电力 电子技 术 、微 电子技术 和传 感器
墨 譬： 电 转 换 未蓑动 、变 喜 驱路速
原理 框 图如 图 ｌ所示 ，通 过 电流传 感 器测量 逆 变 器输 出的定 子 电流 、 ，经 过 ＤＳ Ｐ的 Ａ／ 转换 Ｄ 器 转 换成 数字 量 ，并利 用式 ｉ＝ （ ＋Ｓ ｃ ｉ ｉ）计算 出 ｆ， Ａ ｃ
通过 Ｃａ ｅ和 Ｐｒ ｌｋ ｒ ａ ｋ变换将 电流 、 、 ｆ变换成 ｃ 旋转坐标系中的直流分量，并将其作为电流环的负 反馈量。利用位置检测装置测量电动机 的机械角位 移 ， 并将其转换成 电角度 和转速 ｎ 。电角度 用 于参与 Ｐ ｋ ｒ ａ 变换和 Ｐ ｋ ｒ ａ 逆变换的计算 ， 转速 ｎ作 为速度环的负反馈量 。 给定转速 ， ， ｌ 与转速 反馈量 ｎ
准确观测 定子电流是对 电机进行 实时控制 的
Hale Waihona Puke 图 １三相永磁同步 电机矢量控制系统信 号流向示意 图
霍 尔传 感 器 是 利 用 霍 尔 效 应 和 磁 场 平 衡 原 理
设计的精密型电流检测元件 ，如图 ２ 所示，当被测 量导体流过电流时，导体产生的磁场集中在聚磁环
的气 隙 中 ，气 隙磁 场 使安 放在气 隙 中的通 电霍 尔元
用证 明能够满足实际使用要求 。 关键词 ：永磁 同步 电机 矢量控制 检测技术 中图分 类号： Ｍ９ ０１ Ｔ ３， 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：ｌ ０ — ８ ２ （ ０ ６）叭 一 ０ ９０ ０ ３４ ６ ２ ０ ０ １ —３
Ｄｅｅ ｔｏ ｆ ｉ ａ ｙ Ｓ ｇ ａｓｉ ｈ ｃｏ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔｍ ｆ ｔｃ ｉｎ ｏ ｍ ｒ ｉｎ ｌ ｔ ｅＶｅ ｔ ｒＣｏ ｔｏ ｓｅ ｏ Ｓ Ｐｒ ｎ Ｓ ＰＭ Ｍ
技术 的发展，矢量控制技术 已成为电气传动系统中 的首选方案。矢量控制系统中信号的检测是必不可 少的，必须进行实时检测并利用检测信号才能控制
电机 的正常运 行 。
２永磁同步电机矢量控制系统的基本组成及 的偏差经过速度 Ｐ 调节器， Ｉ 其输出作为用于转矩控
其信号种类
制 的 电流 ｑ 参考 分 量与 电流 反馈 量 的偏 差经 过 电 轴 流 Ｐ 调节 器 ，分 别输 出 ｄ 转 坐标 系 的相 电压分 Ｉ ｑ旋 永 磁 同步 电机 矢 量 控 制 系 统 主 回路 由不 控 整
船 电技术
２０ ０ ６年
第 １ 期
ｌ ９
永磁 同步 电机矢 量控制系统 中 主要信号 的检测方法
张波 王坚强 丁望来
（ 中国船舶重工集团公司 ７ ２研究所，武汉 ４ ０ ６ ） １ ３０４ 摘 要：本文 简述 了永磁 同步 电机矢量控制原理 ，介绍了矢量控制系统 中主要信号 的检测方法 ，在试验系统 中使
收稿 日期：２ ０ ．１１ ０ ５１．４ 作者简介：张波 （９ ９ － ，男 ，硕士研究生 。研究方 向：永磁 电机及其控制技术研究 。 １７ － ）
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２ ０
船 电技术
２０ 年 ０６
第１ 期
从 永 磁 同步 电机 矢量 控 制系统 工 作原 理可 知 ， 系统 中需要 检测 与转 换 的信 号有 ： 电流 、 电压 、温
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ｌ言 引
永磁 同步 电机具： 有功率密度大、效率高、无电 刷 、噪音低、免维护等优点，因而在航空航天、电 动汽车、机床控制等领域得到了越来越广泛的研究
必要前提 。 电流检测主要采用 电阻法、 电流互感法、 霍尔效应 电流传感器法。由于电阻法受温度 的影响 而导致精度不确定，且没有信号隔离作用 ，电流互 感法在测量动态或者低频电流信号时精度不高，所
以定 子 电流检 测 常采用 霍 尔 电流传 感器 。
度 、转子位置、转速等。
３ 电流 的检测方法
Ａ ｓｒ ｃ： ａ ｅ ｎ ｈ ｒ ｃ ｌ ｏ ｖ ｃ ｒ ｏ ｔ ｌｔｉｐ ｐ ｒｎｒｄ ｃｓ ｅｈ ｄｏ ｓ ｎ ｌ ｅｅｔ ｎｉ ｂ ｔａ ｔ Ｂ ｓｄｏ ｅ ｉ ｉ ｅ ｆ ｅｔ ｎｒ ，ｈｓ ａ ｅ ｔ ｕ ｅ ｍ ｔｏ ｉ ａ ｔｃ ｏ ｔ ｐ ｎｐ ｏｃ ｏ ｉ ｏ ａ ｆ ｇ ｄ ｉ ｎ ｔｅｖｃｏ ｏ ｔ ｌｙｔｍ ｏ ＭＳ Ｔ ｅｍｅ ｏ ａ ｕ ｔ ｓ ｘ ｅｉ ｎ ｓ ｍ ａ ｄｃ ｕｄｍｅ ｔ ｈ ｅ ｔｒ ｎｒ ｓ ｃ ｏ ｓ ｅ ｆＰ Ｍ． ｈ ｔ ｄｈ ｓ ｔｎｏｕ ｅｉ ｅｐ ｒ ｔ ｙｔ ｎ ｌ ｅ ｈ ｐ ｉ ｎ ｍｅ ｓ ｅ ｏ ｔｅ ｅ ｄ ｐ ａ ｔ ａ ｐｉａｉｎ ｈ ｅ ｓ ｆ ｒｃｉ ｌｐ ｌ ｔ 。 ｎ ｏ ｃ ａ ｃ ｏ
流器、 脉宽调制 （ＷＭ） Ｐ 逆变器、 永磁同步电动机、 转子位置传感器、电流传感器等部件组成。控制回 路 由速度 调节 器 、 量 变换 电路 、 矢 电流 调节 器 、ＷＭ Ｐ
量， 再通过 Ｐ ｋ逆变换转换成 ａ 直角坐标系的定 ｒ ａ ， ａ
子相 电压 矢量 的分 量 ，输入 到 Ｐ ＷＭ 生成器 ，通 过 驱动 电路 控制 逆变 器 。
件产生霍尔电势 。该电势经过放大器驱动 Ｔ 、Ｔ １ ２ 导电，从而使绕在聚磁环上的线圈流过电流，线圈 中流过的 电流在聚磁 环中也会产 生方 向正好 与被
和应 用 。随着 电力 电子技 术 、微 电子技术 和传 感器
墨 譬： 电 转 换 未蓑动 、变 喜 驱路速
原理 框 图如 图 ｌ所示 ，通 过 电流传 感 器测量 逆 变 器输 出的定 子 电流 、 ，经 过 ＤＳ Ｐ的 Ａ／ 转换 Ｄ 器 转 换成 数字 量 ，并利 用式 ｉ＝ （ ＋Ｓ ｃ ｉ ｉ）计算 出 ｆ， Ａ ｃ
通过 Ｃａ ｅ和 Ｐｒ ｌｋ ｒ ａ ｋ变换将 电流 、 、 ｆ变换成 ｃ 旋转坐标系中的直流分量，并将其作为电流环的负 反馈量。利用位置检测装置测量电动机 的机械角位 移 ， 并将其转换成 电角度 和转速 ｎ 。电角度 用 于参与 Ｐ ｋ ｒ ａ 变换和 Ｐ ｋ ｒ ａ 逆变换的计算 ， 转速 ｎ作 为速度环的负反馈量 。 给定转速 ， ， ｌ 与转速 反馈量 ｎ
准确观测 定子电流是对 电机进行 实时控制 的
Hale Waihona Puke 图 １三相永磁同步 电机矢量控制系统信 号流向示意 图
霍 尔传 感 器 是 利 用 霍 尔 效 应 和 磁 场 平 衡 原 理
设计的精密型电流检测元件 ，如图 ２ 所示，当被测 量导体流过电流时，导体产生的磁场集中在聚磁环
的气 隙 中 ，气 隙磁 场 使安 放在气 隙 中的通 电霍 尔元
用证 明能够满足实际使用要求 。 关键词 ：永磁 同步 电机 矢量控制 检测技术 中图分 类号： Ｍ９ ０１ Ｔ ３， 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：ｌ ０ — ８ ２ （ ０ ６）叭 一 ０ ９０ ０ ３４ ６ ２ ０ ０ １ —３
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技术 的发展，矢量控制技术 已成为电气传动系统中 的首选方案。矢量控制系统中信号的检测是必不可 少的，必须进行实时检测并利用检测信号才能控制
电机 的正常运 行 。
２永磁同步电机矢量控制系统的基本组成及 的偏差经过速度 Ｐ 调节器， Ｉ 其输出作为用于转矩控
其信号种类
制 的 电流 ｑ 参考 分 量与 电流 反馈 量 的偏 差经 过 电 轴 流 Ｐ 调节 器 ，分 别输 出 ｄ 转 坐标 系 的相 电压分 Ｉ ｑ旋 永 磁 同步 电机 矢 量 控 制 系 统 主 回路 由不 控 整
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２０ ０ ６年
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永磁 同步 电机矢 量控制系统 中 主要信号 的检测方法
张波 王坚强 丁望来
（ 中国船舶重工集团公司 ７ ２研究所，武汉 ４ ０ ６ ） １ ３０４ 摘 要：本文 简述 了永磁 同步 电机矢量控制原理 ，介绍了矢量控制系统 中主要信号 的检测方法 ，在试验系统 中使
收稿 日期：２ ０ ．１１ ０ ５１．４ 作者简介：张波 （９ ９ － ，男 ，硕士研究生 。研究方 向：永磁 电机及其控制技术研究 。 １７ － ）
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第１ 期
从 永 磁 同步 电机 矢量 控 制系统 工 作原 理可 知 ， 系统 中需要 检测 与转 换 的信 号有 ： 电流 、 电压 、温
