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随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低,各种交流永磁同步电动机伺服系统成为交流伺服系统的主流。交流永磁同步电动机根据电动机反电动势的波形形状可分为正弦波永磁同步电动机(PMSM)和梯形波永磁同步电动机后者,又称为无刷直流电动机 (BLDCM)。正弦波永磁同步电动机是由永久磁铁产生励磁,无电励磁电动机的励磁损耗和转子发热问题;同异步电动机相比,也没有因为滑差而引起的损耗,从而很大地提高了效率和功率因数。由于其体积小、重量轻,控制系统相对较为简单,能够达到快速、准确的控制要求,永磁同步电动机在中小容量的伺服电动机中占据了重要的地位,被广泛地应用于小功率、要求良好的静态性能和高动态响应的伺服驱动中,如柔性制造系统、机器人、办公自动化、数控机床等领域。
1．4 本章小结
本章主要介绍了电气伺服系统发展的现状和动向及交流电动机的分类及特点。主要对永磁同步电机调速系统的原理进行了描述。最后，本文介绍了国内外这一领域的技术现状，并且介绍了现今国际上永磁同步电机调速系统普遍存在的两种控制方式。
2 永磁同步电动机的数学模型和控制分析
2．1 永磁同步电动机的简介
永磁同步电动机结构简单，体积小，重量轻，效率高，功率因数高。此外，永磁同步电动机还具有以下优点：
永磁同步电动机无需电流励磁，不设电刷和滑环，因此结构简单，使用方便，可靠性高。正由于上述结构的特点，使得永磁同步电动机转子上无励磁损耗，无电刷和滑环之间的摩擦损耗和接触电损耗。因此，永磁同步电动机的效率比电磁式同步电动机要高，并且其功率因数可以设计在1.0附近。
永磁同步电动机转子结构多样，结构灵活而且不同的转子结构往往带来自身性能上的特点，因而永磁同步电动机可根据使用需要选择不同的转子结构形式。永磁同步电动机在一定功率范围内，可以比电磁式同步电动机具有更小的体积和重量。
永磁同步电动机按工作主磁场方向的不同分为径向磁场式和轴向磁场式;按电枢绕组位置的不同可分为内转子式和外转子式;按供电频率控制方式的不同，可分为自控式和它控式;按反电势波形的不同，可分为正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机，本文中的永磁同步电动机都是指正弦波永磁同步电动机)和矩形波永磁同步电动机(简称无刷直流电动机)。
图2-1 永磁同步电机磁场定向控制系统结构图
2．2 dq旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型
首先，为方便分析起见，我们将三相永磁的同步电动机看作是理想的电机，也就是说它符合下列假设：
(1) 转子上面没有阻尼绕组；定子中各个绕组的电枢电阻、电感值相等，三相定子的绕组按对称的星形分布；
(2) 其气隙磁场服从正弦分布而且各次谐波忽略不计，感应电动势也服从正弦分布；
(3) 永磁体的等效的励磁电流恒定不改变；电机中的涡流、趋肤效应、电机铁芯饱和和磁滞损耗的影响均忽略不计；温度与频率不影响电机的参数。
坐标系正方向的选取：
(1) 转子逆时针方向旋转为正；
(2) 正向电流生出正向磁链；
(3) 电压，电流的正方向按照电动机的惯例。
则静止三相坐标系里永磁同步电动机的定子侧电压方程
静止三相坐标系里永磁同步电动机的定子侧磁链方程
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