1.      永磁同步电机系统工作原理

由上图可知，永磁同步电机的驱动系统大致可分为电机本体部分、逆变器部分与控制器部分。永磁同步电机控制过程的大致工作原理如下：

转子位置传感器获得电机的位置信息，控制器通过DSP实时处理位置信息，计算出电机的相应电角度。驱动电路的控制信号是由电机相电流在经电流传感器采样后，通过所设计的电流控制环与速度控制环产生的。该信号在经驱动电路后生成六路PWM的控制信号，从而控制逆变器开关的通断，给电机施加相应的相电压，达到控制电机的转矩与转速的效果。

永磁同步电机本体部分由定子，转子与气隙三部分组成。为保证反电势波形的正弦性，定子绕组一般采用分布式正弦绕组。转子由电机转轴、轧制硅钢片和永磁体组成。硅钢片可以极大地减小涡流损耗。根据不同的电机设计要求，可以采用不同的永磁材料与转子结构，AGV行业的PMSM一般采用钕铁硼作为永磁材料，并采用表贴式转子结构，对本体进行合理设计后，绕组反电势为正弦波。

在合理设计永磁同步电机本体的基础上，由交流电机绕组理论知，向永磁同步电机三相定子绕组中通入三路幅值相等，相位相差120度的正弦电流时，输入的三相电流会在定转子之间的气隙产生一个旋转的定子磁场。该磁场的转速与同步转速相同，旋转中心为转子轴心，绕转子旋转。此旋转磁场起到一个驱动永磁体所产生磁场的作用，产生带动转子旋转的电磁转矩，以同步转速进行旋转。

2.      永磁同步电机数学模型

从物理量角度看，电机的基本数学模型就是电压，电流，磁链，转矩，转速等物理量相互联系，相互制约的关系，具体表现为一组微分方程式。理想永磁同步电机基本假定如下：

1)      永磁体具有线性磁路，不计涡流损耗，磁路不发生饱和。

2)      假定定转子表面均不开槽。

3)      相电流、相电压、反电势波形均为理想正弦波，无谐波分量

4)      定子绕组为三相绕组，每两相相差120电角度；转子沿d轴/q轴均对称。

在abc三相静止坐标系下，由于三相定子绕组自感、互感间的复杂作用关系，电机的参数较为复杂，且电机电感的参数随电机转动角度的不同而变化，不利于对电机的分析与计算。令d轴与转子永磁体轴线方向重合并以同步转速随转子转动，从而使得永磁体磁链始终位于d轴上，q轴超前d轴90度电角度得到dq坐标系。由abc静止坐标系到d-q旋转坐标系的恒功率坐标变换方程为：

其中θ用来表示d轴与A相轴线之间的夹角。利用上式，PMSM在abc坐标下的电压方程变换到d-q旋转坐标系下的电压方程为：

式中：u_d，u_q——d-q旋转坐标系下的d、q轴电压分量；

i_d，i_q——d-q旋转坐标系下的d、q轴电压分量；

L_d，L_q——d、q轴同步电感系数。

在稳态条件下，上式可以表示为：

d-q坐标系下的电磁转矩可表示为：

由转矩方程可知，当i_d=0，或者当L_d=L_q（SPMSM电机）时，电磁转矩只与q轴电流有关，使得永磁同步电机具有了直流电机式控制简单且稳定的特点。

由于PMSM永磁体磁链恒定，此时dq轴磁链可以表示为：

代入电压方程得到：

式中：u_d，u_q— d、q轴电压；

i_d，i_q — d、q轴电流；

ω_e — 电机转子电角速度；

R_S— 定子绕组相电阻；

L_d，L_q — 直轴电感、交轴电感；

Ψ_f— 永磁体磁链。