基于AVR单片机的随动系统位置控制器设计(6)
转子主要由永磁体、导磁轭和转轴构成。永磁体贴在导磁轭上，导磁轭为圆筒形，套在
转轴上。目前主要以钕铁硼作为永磁材料。
PMSM 的结构
图 2.2 PMSM 的结构
1- 检测器 2- 永磁体 3- 电枢铁心 4- 三相电枢绕组 5- 输出轴
根据永磁体在转子上安装的位置不同， PMSM 转子可以分为三类：凸装式、嵌入式和内埋
式。
AVR 控制器 驱动器
传感器
负载 伺服电机 上位机本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 3 7 页
图 2.3 PMSM 转子的分类
采用 PMSM 的控制系统特点：
1 、 由于采用了永磁材料磁极,特别是采用了稀土金属永磁,因此容量相同时电机的
体积小、重量轻；
2 、转子没有铜损和铁损，又没有滑环和电刷的摩擦损耗，运行效率高；
3 、转动惯量小，允许脉冲转矩大，可获得较高的加速度，动态性能好；
4 、结构紧凑，运行可靠。
2.1.2 PMSM 的工作原理
工作原理：电枢绕组中通过对称的三相电流时，定子将产生一个以同步转速推移的旋转
磁场。在稳态情况下，转子转速恒为磁场的同步转速。于是，定子旋转磁场与转子的永磁体
产生的主极磁场保持静止，它们之间相互作用产生电磁转矩，拖动转子旋转，进行机电能量
转换。当负载发生变化时，转子的瞬时转速就会发生变化，这时，如果通过传感器检测转子
的位置和速度，根据转子永磁体磁场的位置，利用逆变器控制定子绕组中电流的大小、相位
和频率，便会产生连续的转矩作用到转子上。
2.2 2.2 2.2 2.2 永磁同步电机的数学模型 永磁同步电机的数学模型 永磁同步电机的数学模型 永磁同步电机的数学模型 [11] [11] [11] [11]
PMSM 的基本方程包括电动机的运动方程、物理方程和转矩方程，这些方程是其数学模型
的基础。
控制对象的数学模型应当能够准确地反应被控系统的静态和动态特性，数学模型的准确
程度是控制系统动、静态性能好坏的关键。
PMSM 的物理方程：在不影响控制性能的前提下
1 、忽略电动机铁心的饱和
2 、永磁材料的导磁率为零
3 、不计涡流和磁滞损耗
4 、三相绕组是对称、均匀的
5 、绕组中感应电感波形是正弦波。本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 3 7 页
PMSM 等效结构坐标图,图中 Oa 、 Ob 、 Oc 为三相定子绕组的轴线,取转子的轴线与定子 a
相绕组的电气角为 θ 。
图 2.4 PMSM 等效结构坐标图