1。3  本课题研究与设计内容

对电动工具的设计，最主要最核心的就是对电动工具电机的研究与控制方法 的设计。因此本文以 Matlab 为工具对电机矢量控制系统进行了仿真，并使用 STM32F103 对永磁同步电机完成了调速设计。本文研究与设计内容如下所示： (1)研究电动工具电机数学模型，研究矢量控制原理。通过电动工具电机数学

模型的坐标变换对电机进行 FOC 矢量控制。

(2)研究 SVPWM 调制方法，将它与矢量控制相结合。 (4)以 Matlab 为工具对电机控制系统进行了仿真。 (3)对电动工具的控制进硬件电路设计。

(4)使用 STM32F103 完成对电动工具的控制进行软件设计。

第二章  永磁同步电机的结构原理与数学模型

2。1  永磁电机的发展

在二十世纪七十年代以前，由于交流电动机调速系统复杂，调速性能又无法 与直流电动机调速系统相比，因而一直存在这样的格局：直流电动机在电气牵引、 生产加工等调速领域内占据霸主地位；交流电动机通常用于基本上无需调速的场 合中，列入各种风机、水力发电等。但是交流电动机自身优点众多：结构简单， 重量轻，体积小，基本无需维护，单机的速度与功率都可以做的很大，所以当交 流电动机现代控制理论、电力电子技术、微型处理器及微型控制器技术发展起来 后，从 20 世纪后期开始便出现了电气传动交流化的浪潮。目前交流电气传动已 经占有统治地位。

由于转子是永磁体，可以自己形成气隙磁通，避免了电流励磁的方式，节省 了很多电能，由这种转子生产出来的 PMSM 性能更好。社会各领域开始更加青 睐这种电机，由此这种电机开始迅速被应用到现代各种工业控制系统中去。由于 现代工业大量的伺服系统对电机的响应要求越来越关注，因此 PMSM 高功率密 度和高 T/J 的优势使之成为这些运动控制系统重点关注的对象[11]。

根据工业控制的需求，两个不一样的电机发展方向促成了永磁同步电机的诞 生。一方面，为了让公共电网直接驱动电机，转子结构为鼠笼型的永磁电机应运 而生。另一方面，由于节能低耗的特点，永磁伺服电机改变了励磁式直流电机统 治工业运动控制领域的格局。这两个方面相结合，转子结构非鼠笼型的 PMSM 随 之被发明出来。为了更高效的控制，PMSM 与变流器的共同使用开始变得越来越 密切。论文网

2。2  交流永磁电机的分类

与直流电机和异步电动机的励磁方式有很大的差异，PMSM 的气隙磁场是 通过自身为永磁体的转子发出的。拥有高效率、损耗低、构造简单的特点。

PMSM 与 BLDC 在虽然都是同步无刷电机，然而在机械特性和运转特点上 还是有略微的不同。历史上首先取代了有刷直流电机的应该是 PMSM。它的转子 永磁体的结构和形状决定了它在电机中感应出的气隙磁场是正弦波式的，因此电

磁感应定理可知它在定子中感应出的反电动势波形也是正弦波式的。因为这种特 性由此产生了一个问题:当时这种电机是由直流电经过逆变器直接供电的，虽然 可以驱动电机，但是驱动电流性质上依然是直流电。于是这种驱动方式必然会出 现转矩脉动的问题。由于当时矢量控制未普遍且没有计算能力强大的数字控制器， 因此解决这个问题的突破点落在了电机的结构制造上。于是无刷直流电机应运而 生，因为转子形状的特点，决定了它感应出的气隙磁场是类似于方波的梯形波。 因此与定子相作用的磁场不变化，所以形成的每相合成电磁转矩不变化。从上面 我们得出，我们区别 PMSM 和 BLDC 可从它们的驱动方式和反电动势的波形来 分辨。图 2-1 为两个不同电机的相应波形。