1.4 课题主要研究内容

阅读了大量国内外相关文献之后，对无传感器控制系统的研究现状有了较为深刻的认识，本文将设计传统有传感器的矢量控制系统和基于高频注入法的永磁同步电机无传感器矢量控制系统，并进行仿真实验，对比有传感器和无传感器的控制系统的性能。下面是本文主要研究内容的进度安排：

第一章为绪论，简单阐述了永磁同步电机发展概况、本课题的研究背景和研究现状，以及本问的工作安排。

第二章是要建立永磁同步电机数学模型，重点介绍永磁同步电机的基本结构和矢量控制系统不可或缺的坐标变换方法。

第三章在第二章所建立的数学模型基础上，给出永磁同步电机的矢量控制方案。

第四章主要阐述永磁同步电机在高频信号注入下的数学模型以及转速和位置检测原理。

第五章针对前面章节的理论分析进行仿真实验，在MATLAB/SIMULINK平台搭建仿真模型，进行仿真对比实验，并对仿真结果进行分析。

第六章进行仿真实验的总结，寻找整个实验过程的不足之处，对日后应该进行什么工作作出展望。

1.5 本章小结

本章首先介绍了永磁同步电机发展情况以及发展方向，重点介绍了永磁同步电机无传感器控制方案的国内外研究现状，然后结合实际应用分析了本课题研究内容的重要意义，最后简单介绍了本文主要研究内容。

第二章 永磁同步电机数学模型分析

2.1 永磁同步电机的基本结构与特征

永磁同步电机与绕线式同步电机的定子结构是相同的，它们之间的主要区别在于转子，永磁同步电机的转子使用永磁体励磁，而绕线式同步电机采用的是他励方式，所以相比较而言，永磁同步电机比绕线式同步电机有更快的响应速度和更高的效率。永磁同步电机可以分为正弦波永磁同步电机即通常所说的永磁同步电动机、梯形波永磁同步电机即无刷永磁直流电机（Brushless DC Motor, BLDC），顾名思义，它们的区别是电机的定子绕组中感应出的电动势波形分别呈现为正弦波和梯形波。

永磁同步电机转子上的永磁体有多种安装方式，有表面张贴式（表贴式）和内部嵌入式（内置式）两大类，这两类安装方式的转子结构示意图如图2-1所示。表贴式永磁同步电机（如图2-1 a）是在转子铁芯表面安装永磁体，此类型的电机一般体积较小且具有良好的动态性能，另外表贴式电机凸极效应不明显，有较大气隙,降低了电枢反应时间；内置式永磁同步电机（如图2-1 b）将永磁体安装在转子铁芯内部，这类电机弱磁空间大，机械强度较大，动态性能好。本文所述将以内置式永磁同步电机为基础。

(a)表贴式永磁同步电机                (b)内置式永磁同步电机

图2-1 永磁同步电机转子结构示意图

2.2 永磁同步电机的数学模型

永磁同步电机定子中的电磁信号和转子中的电磁信号通过气隙磁场建立耦合关系，当电机运行时会使得这个耦合关系变得极其复杂，这样不利于系统对电机的分析控制。为了突出主要问题，给定几点假设：

（1）忽略定子和转子的铁芯磁阻、涡流损耗及磁滞损耗；

（2）转子永磁体的永磁材料电导率为0；

（3）三相绕组在空间上互差 电角度分布；磁动势沿按正弦规律分布；

（4）忽略磁路饱和，绕组的自感和互感为常值；

一个极对数为1的永磁同步电机定子三相绕组空间分布示意图如下所示，将互差120°电角度的三相绕组分别记为A、B、C相绕组，由这三相绕组构成 三相静止坐标系。