航天实现交流伺服驱动的对策思维导图

以现在的计算技术，产生对称而不失真的三相正弦波并非难事

三相电流分别由各自的电流传感器反馈，由各自的PID电路控制

由于三相电流互为回路，所以I A 、I B 、I C 在任一瞬间的总和为零

然而这种“总和为零”是强制的，因为不存在不为零的回路通道

假如三相电流是独立控制互不牵制，则无论给定、反馈及控制多么精确

三相控制回路中总有一路的电流是由其他两相电流相加而无法达到反馈平衡

于是该相的PWM控制器急剧增加其开度，直到全开

由于该相电流此时并不能由脉宽调节器决定，而是取决于另两相电流的迭加

因此脉宽无论是正向全开还是反向全开都不能够改变电流而消除误差

于是PID回路的积分量将达到饱和，特别是低速运转时，此现象十分明显

三相回路轮流进入积分饱和状态，虽然，进入饱和状态对电流波形影响不大

但退出时由于退饱和需要一定的时间，于是将在电流回路中迭加一个突变的扰动脉冲

这相当于在磁场矢量的方向会发生一个跳变，这对转矩的扰动是不言而喻的

并且，因为其脉冲的高频分量较大，电机将因此增加了高频损耗而发热

从现象上看，与电磁饱和十分相似：开始电流小的情况下，随电流的增大电动机转矩也成线性的增大

但电流大到一定值后，转矩的增长减慢，最后不随电流的增长而增长

这就是我们所讲的大电流下的转矩饱和问题，特别是伺服系统，为增加带宽

经常工作在短时过流状态，这个问题影响更大

实际上，这个现象不一定是磁场饱和问题，都是电枢反应所导致

看下面不同电流下的电动机矩角特性图，横坐标为电动机转子所在的电角度位置，纵坐标为电动机转矩

产生的噪声和转矩波动问题通常永磁同步电动机在定子不通电时，转子在不同的位置也会受到不同的磁扭矩

这就是定转子相对几何位置发生偏转后磁阻变化产生的磁阻应力

在实际控制中，这种磁阻应力仍然存在，并呈周期性脉动状态，严重地影响转矩平稳，并产生噪声

由于这种脉动只与定转子的空间位置相关

所以交流伺服系统在进行定子矢量控制时，能对预先检测的磁阻应力进行矫正，使电动机更加稳定运行

除磁阻应力之外，由于定子齿槽的存在，电动机的转矩—角特性曲线并不是光滑的曲线

而是“波浪形”曲线，伺服系统可以根据预先检测的“波浪”形状

对磁场空间矢量施加“反波浪”，以消除力矩波动，实现更精密的伺服控制

同步电动机在高速运转时（4 000r/min以上）往往最大转矩下降

如果考虑电动机功率有限，转速提高，转矩下降似乎很正常，其实不然

只要电动机没有超温，就不应出现这种现象，这是由角位移采样滞后造成的

在低速角位移采样滞后也存在，但相对于角位移的变化率来看还是比较快的

角位移变化率一旦加快，其滞后将带来较大的定子磁场矢量与转子磁场矢量夹角控制误差，转矩将随之下降

船载卫通站天线伺服除了使用高速的SOC计算机和传感器外，引入了速度修正概念

根据速度的大小对采样角进行超前修正

克服了角位移采样滞后带来的定子磁场矢量与转子磁场矢量夹角控制误差

由于找到了能够很好地线性控制电机电磁的控制量

这就如同直流伺服系统中通过控制电流来直接控制转矩一样

可以很方便地增加消隙控制处理单元，通过给两个电机分配转矩的模式实现消隙控制