电动汽车用永磁同步电机直接
转矩弱磁控制
许峻峰1 冯江华2 许建平1
1.西南交通大学
2.株洲电力机车研究所
摘要:通过对电流限定轨迹、转速限定轨迹和负载角限定轨迹的介绍,阐述了电动汽车用埋入式永磁同步电机的弱磁控制过程,有效拓宽了永磁同步电机直接转矩控制系统的调速范围。由于永磁同步电机弱磁是通过电枢反应达到弱磁运行目的的,电枢反应对永磁同步电机的参数有着重要的影响,并且弱磁程度越高,电枢反应越大。因此考虑了永磁同步电机的电枢反应对于电机转子磁链和交直轴电感等参数的影响,对比了不考虑电枢反应时各控制轨迹及弱磁性能。通过M AT LAB/SIM ULINK实现了考虑电枢反应和不考虑电枢的永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。仿真结果验证了理论分析的正确性。
关键词:电动汽车 永磁同步电机 直接转矩 弱磁控制
Flux-weakening C ontrol of Direct Torque C ontrol of Permanent
Magnet Synchronous Motor for Electrical Vehicle
Xu Junfeng Feng Jiang hua Xu Jianping
Abstract:Flux-w eakening control of interior permanen t magnet s ynchr on ou s motor(PM SM)is elaborated by th e pres entation of current limit trajectory,speed limit trajectory and load angel limit tr ajectory.Flux-w eaken ing control extends th e timin g range of the mach ine.For PM SM,flux-w eakening is realized by armatur e reaction.In flux-w eak enin g range,ar mature reaction w ill serious ly affect th e parameters of PM S M s uch as rotor flux,direct ax is inductance and quadrature axis ind uctan ce.T he control trajectories mention ed above and flux-w eakening contr ol performance of w ith and w ithout cons idering arm ature reaction are compared us ing M AT LAB/SIM U LINK.T he ration ality of theory analysis h as b een proved b y s imulation r esu lts.
Keywords:electrical vehicle perman ent magnet synchronous motor(PM S M) direct torqu e control flux-w eakening control
1 引言
电动汽车对于驱动系统的基本要求是:低速时能输出恒定转矩,以适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求,高速时能输出恒定功率,能有较宽的调速范围,适应高速行驶,超车等要求。较强的弱磁性能能够在逆变器容量不变的情况下提高电动汽车的起动、加速能力及低速爬坡能力;或者说在保持电动汽车起动加速及低速爬坡能力不变的前提下降低电机的最大功率,从而降低逆变器的容量。因此对电动汽车驱动用永磁同步电动机进行弱磁控制,并且拓宽弱磁范围有着重要的意义。另外对永磁同步电动机进行弱磁控制可以拓宽电动汽车的运行范围,满足电动汽车高速运行的要求。
因为永磁同步电机的转子励磁磁场由永磁体产生,不能像异步电机一样直接减弱转子磁场,所以弱磁控制便成了永磁同步电机的研究热点。其弱磁控制原理是通过增加定子直轴电流利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱,达到等效于减弱磁场的效果,从而达到弱磁增速的目的。针对这一
国家自然科学基金项目(50077018),国家教育部博士学科点专项科研基金项目(20020613010)
基本思想,学者们提出了众多方案用于改善永磁同步电机的弱磁控制性能。Bimal.K.Bose[1]提出6步电压法通过改变电机功角来达到改变转矩的目的,该方案对于电机参数的依赖性小,且可实现对直流母线电压的最大利用。为了解决电机从恒转矩工况到弱磁工况的切换问题,Thom s M.J[2]提出了前馈弱磁方案。J.M.Kim[3]提出了电流解耦控制和给定电压补偿的方法改善电机弱磁运行性能。
现有弱磁控制方法大都在矢量控制中实现。由于永磁同步电机直接转矩控制的研究尚处于初步阶段,所以关于其弱磁控制的研究就更少有报道,只有M. F.Rahm an在文献[4]中初步实现埋入式永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。田淳在文献[5]中实现了表面式永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。
目前永磁同步电机的弱磁控制无论是矢量控制系统还是直接转矩控制系统均没有考虑电机的电枢反应对参数的影响,以及由此造成的对弱磁性能的影响。当电机处于弱磁工况时,电枢反应加大,此时电枢反应对电机参数的影响相比于恒转矩区更大。为了提高系统控制精度,有必要考虑电枢反应引起的电机参数的变化对电机弱磁性能的影响。本文在实现永磁同步电机直接转矩弱磁控制的基础上考虑了电枢反应造成的转子磁链、交直轴电感的变化以及其对弱磁性能的影响,并对两者的结果进行了对比。
2 弱磁控制
在dq旋转坐标系下,永磁同步电机的基本方程为
d=L d0i d+ f(1)
q=L q0i q(2)
s= 2d+ 2q(3) u s= s= (L d0i d+ f)2+(L q0i q)2(4)
T=3
2n p i q
[ f0+(L d0-L q0)i d](5)
式中:i d,i q, d, q分别为定子电流、磁链在d,q轴的分量; = r n p, r为转子角速度;T为电磁转矩;n p为电机极对数;L d0,L q0, f0分别为不考虑电枢反应时直轴电感、交轴电感和转子磁链值。
当电机运行于较高转速,电阻值远小于电抗值,电阻的电压降可忽略不计[6]。因此式(4)忽略了电枢绕组电阻对整个电压降的影响。文中所使用的永磁同步电机基本参数为:u smax=220V, I smax=1.5A,n p=2,L d0=0.35H,L q0=0.5H, f0=0.401Wb。
在实际控制系统中,电机是由功率半导体器件组成的逆变器驱动的,定子电流和端电压必定受到限制,其约束条件为
i s≤I smax(6)
u s≤u smax(7)式中:I smax,u smax分别为电枢电流和端电压允许的最大值。
从式(4)和式(7)可见,电机不可能无限制的升速,当电机转速达到 r1时,即n p r1 s=u smax,如果要求转速继续升高,必须减弱定子磁场。图1为永磁电机运行过程中转矩、端电压和电机功率的
变化特性图。
图1 永磁同步电机弱磁控制特性
在直接转矩控制过程中必须保证 < m(其中 定义为负载角, m为最大负载角),原因在于直接转矩控制的基本原则是通过增大负载角来增大输出转矩,当负载角 > m时开关表所提供的电压空间矢量不能足够增大负载角,从而导致输出转矩下降,最终引起系统失控和崩溃。最大负载角的表达式为[4]
m=co s-1[
/ s-( / s)2+8
4
](8)其中 =( f L q)/(L q-L d)
2.1 各控制轨迹
为了充分利用定子电流,在恒转矩区采用M TPF控制[7],其在 s-T和 s- 平面上的轨迹分别如图2,图3所示。在弱磁区u s=u smax,根据式(4)可知,对于每一转速均对应一个确定的磁链,该磁链值即为直接转矩控制系统中磁链比较环节的定子磁链给定值。根据式(1)～式(3)及式(5)可得电流限定轨迹,如图2所示,此时电机的最高转速仅与定子磁链的幅值有关,在 s-T平面上电压限定轨迹为垂直于定子磁链轴 s的竖直线。从图3中可见,在基速以下运行采用M T PF控制时,
< m 条件始终满足。随着弱磁的进行,定子磁链的减小使负载角增大,但最大负载角却在减小,可求出临界点A 点所对应的值 s =0.413Wb, =100.02°。综合图2、图3可以得到弱磁运行时转矩和转速的关系,如图4
所示。
图2 s -T
平面控制轨迹图
图3 s -
平面控制轨迹图
图4 转速转矩关系图
2.2 弱磁控制的实现
图5 永磁同步电机直接转矩控制弱磁控制系统框图
永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制系统框图如图5所示。在恒转矩工作区,转速PI 调节得到转矩给定值,查表得到M T PF 控制所需定子磁链给定值。在弱磁工作区,定子磁链幅值随着转速升高而减小。一定转矩输出时,如果电机磁链幅值减小,定子电流势必要增大,当定子磁链在电流限
定轨迹上变化时,减小磁链,就要相应减小转矩给定,否则,定子电流将超过最大电流限定值。因此,电机弱磁运行时,随着转速的变化需要将电机输出转矩限定在相应的转矩范围内,同时考虑最大负载角的限制,转速转矩对应关系如图4所示。控制系统将转速和转矩限定值两者的对应关系即图4的对应关系存入表中,根据当前的转速查找转矩限定值来动态改变转矩给定值,实现永磁同步电机的弱磁运行。
永磁同步电机的弱磁是通过负向的直轴电流达到弱磁目的的,因此,控制过程中需要考虑永磁体的最大去磁电流,如果去磁电流大于最大去磁电流,永
磁体将被退磁,电机不能正常运行,因此需要对直轴电流进行限定,使之不超过最大去磁电流。
3 电枢反应对永磁同步电机弱磁控
制的影响
异步电机的弱磁控制是通过直接减弱磁场实现的。由于永磁同步电机的转子磁场是由永磁体建立
的,不能直接减弱,只能通过增加定子直轴电流利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱,达到等效于减弱磁场的效果,从而达到弱磁增速的目的。即弱磁运行时转速越高,对应的直轴电流越大,即电枢反应越严重。受电枢反应直接影响,电机的3个参数为永磁磁链 f ,直轴电感L d ,交轴电感L q 。为了提高系统的控制性能,必须考虑电枢反应对于电机参数的影响。
根据实验可得电机在考虑电枢反应时永磁磁链,交直轴电感的表达式[8]为
L d =L d 0-0.1i d i d <0(9)L q =L q 0-0.14i q i q ≤1.0
(10) f = f0
(11)
f = f0-0.5(i q -1.0) i q >1.0(12)将以上参数代入式(1)～式(5)和式(8)可得考虑电枢反应的T - s 和 - s 平面控制轨迹和转矩与转速对应关系图,分别如图6～图8
所示。
图6 s -T 平面控制轨迹对比图
图7 s - 平面控制轨迹对比图
图8 转矩转速关系对比图
从图6～图8可知,考虑电枢反应时,同样的磁链对应的最大输出转矩减小了,磁链所能达到的最小值增大了,电机的最大输出转速相应减小,即减小了电机的弱磁范围。在恒转矩区负载角均不超过最大负载角,所以没有影响,而在弱磁区考虑电枢反应时最大负载角减小了,从这一点也限制了转矩的输出。
4 仿真结果对比
根据图5,采用M ATLAB /SIM U LIK 实现考虑电枢反应和不考虑电枢反应的永磁同步电机直接转矩控制弱磁控制的仿真。仿真结果如图9～图12所示
。
图9 不考虑电枢反应
磁链轨迹 图10 不考虑电枢反应的
转矩波形
图11 考虑电枢反应
的磁链轨迹 图12 考虑电枢反应
转矩波形
从图9和图11可知,考虑电枢反应时磁链最小值大于不考虑电枢反应的。图10和图12的对比中发现电机的输出转矩能力下降,并且考虑电枢反应时到达零转矩的时间明显缩短,仿真结果与理论分析相吻合。
5 结论
分析了永磁同步电机直接转矩控制弱磁控制的条件,重点阐明了 s -T 和 s - 平面中的最大
电流轨迹,最高转速限定轨迹,以及最大负载角轨迹。考虑了电枢反应对于电机转子磁链,交直轴电
感的影响,以及由此引起的对各控制轨迹和电机弱磁运行性能的影响,并与不考虑电枢反应时的情况进行了对比。通过仿真验证了理论分析的正确性。永磁同步电机直接转矩控制理论还有待进一步完善,其弱磁控制以及电枢反应的研究更有待进一步深入研究。
参考文献
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Avoiding M eas urement of Load An gle[J ].IEE Proceedin gs-B,1991,138(6)
收稿日期:2004-10-15修改稿日期:2005-06-05
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永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 专业：电气工程及其自动化 学生： 学生学号: 学生班号:
本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。 稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。 本文主要研究容是对置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。 分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。 关键词：置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模
目录 永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 (1) 一、研究的问题 (4) 二、研究方法 (5) 2.1 永磁电机的数学模型 (5) 2.2弱磁调速原理 (6) 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 (7) 2.4 仿真结果 (11) 三、解决效果 (12) 3.1 结论 (12) 3.2感悟与体会 (12)
(一) P M S M 的数学模型 交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设： 1) 忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的； 2) 不考虑涡流和磁滞损耗； 3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略气隙中的高次谐波； 4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件； 5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。 永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下： (l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示: 其中，Rs 为定子电阻；ud 、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压；id 、iq 分别为d 、q 轴上对应的两相电流；Ld 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωc 为电角速度；ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链。 若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，如下式所示。 (2)d/q 轴磁链方程： 其中，ψf 为永磁体产生的磁链，为常数，0f r e ωψ=，而c r p ωω=是机械角速度，p 为同步电机的极对数，ωc 为电角速度，e0为空载反电动势，其值为每项 倍。 (3)转矩方程： 把它带入上式可得: 对于上式，前一项是定子电流和永磁体产生的转矩，称为永磁转矩；后一项是转 子突极效应引起的转矩，称为磁阻转矩，若Ld=Lq ，则不存在磁阻转矩，此时，转矩方程为： 这里，t k 为转矩常数，32 t f k p ψ=。 (4)机械运动方程： 其中，m ω是电机转速，L T 是负载转矩，J 是总转动惯量(包括电机惯量和负载惯量)，B 是摩擦系数。 (二) 直线电机原理 永磁直线同步电机是旋转电机在结构上的一种演变，相当于把旋转电机的定子和动子沿轴向剖开，然后将电机展开成直线，由定子演变而来的一侧称为初级，转子演变而来的一侧称为次级。由此得到了直线电机的定子和动子，图1为其转变过程。
ISSN 1000-0054CN 11-2223/N 清华大学学报(自然科学版)J T sing hua Un iv (Sci &Tech),2011年第51卷第7期 2011,V o l.51,N o.71/26873-878 弱磁运行下异步电动机调速系统的转矩及功率特性 杨 耕1, 郑 伟1, 陆 城2, 陈伯时3 (1.清华大学自动化系,北京100084;2.台达能源技术(上海)有限公司,上海201209; 3.上海大学机电学院,上海200072) 收稿日期:2010-06-04 基金项目:国家自然科学基金项目(60674096)作者简介:杨耕(1957)),男(汉),四川,教授。 E -mail:yan ggeng@mail.tsin https://www.doczj.com/doc/89525941.html, 摘 要:在弱磁调速下,异步电动机变频系统电磁转矩控制的非线性特性、以及系统最大输出电压和电流的限制,使得转矩和功率控制比较复杂。该文分析了弱磁调速区间内最大电磁转矩与电动机参数、系统电压电流约束之间的关系,给出了改善控制性能所需的系统最大电磁转矩和最大功率随定子同步频率以及最大电流约束变化的定量关系。实物实验验证了这些特性。 关键词:感应电动机;弱磁控制;转矩特性;弱磁区域中图分类号:T M 301;T M 346文献标志码:A 文章编号:1000-0054(2011)07-0873-06 Torque and power characteristics of induction motor drive in flux weakening region YANG G en g 1,ZHE NG Wei 1,LU Chen g 2,CH EN Boshi 3(1.Department of Automation,T singhua University, Beijin g 100084,China; 2.Delta Electronics (Shanghai)Co.,Ltd. Shanghai 201209,China;3.S chool of Mechatronics Engineering and Automation, S hanghai University,Shanghai 200072,China)Abstract:In the flux -weakening operation regi on of an inverter -induction m otor drive,th e control of electromagnetic torque (EM T)and pow er becomes complicated,due to the nonlinear characteris tic of th e EM T and output voltage/current con strain ts of the drive.For th e con trol performance im provement,this paper describ es th e fun ction of th e max imum EM T about the m otor param eters an d th e voltage/current cons traints,and pres ents th e algorithms of th e m aximum E M T and th e electromotive pow er along w ith the variation of stator frequ ency as w ell as the current limitations.T est res ults verify the algorithm s.Key words:induction m otor; flux w eak ening control; tor qu e characteristic;flux w eakening region 一般认为,异步电动机在额定频率以上的弱磁运行具有恒功率调速的特性[1-3] ,但在交流变频器驱动电机运行时,由于变频器最大输出电压和最大输出电流的限制(以下简称为电压电流限制),此时的 调速特性远比一般所述的/恒功率特性0复杂。然而,从系统实现的角度出发,如果采用具有转矩控制内环的结构,由于弱磁运行时电磁转矩控制环和磁 链控制环之间不再解耦,系统需要实时求取电压电流限制下随速度变化的电磁转矩指令以及励磁电流指令。此时的系统控制框图可用图1表示,励磁电流指令的求取如图中阴影部分所示,需要求解一个由多个变量构成的超越方程。由于算法十分复杂, 基于现有的实时控制器难以实现。 图1 具有转矩闭环的典型弱磁控制方法示意 迄今,韩国学者Kim 和Sul 提出的转矩最大化的弱磁调速方法[4-5]最具影响力。该方法的基本结构仍然同图1,其基本思想是:假定调速过程中弱磁变化缓慢,从而可以基于转子磁场定向条件下的电机模型分析问题;首先基于系统电压、电流限制给出弱磁调速范围内对应同步频率所能产生最大电磁转矩的励磁电流曲线;然后在实时系统中依此曲线给出励磁电流指令,同时根据最大电流限制和励磁电流对转矩电流指令进行限幅。该方法避免了超越方程的实时求解,也保证了在缓慢弱磁过程中系统对最大电流和最大母线电压最大程度地利用,因
第五章永磁同步电机直接转矩控制及控制性能研究 矢量控制和直接转矩控制是交流电机的两种高性能控制策略,在永磁同步电机驱动控制中的应用与研究己受到众多学者的广泛关注。为了能够更好研究永磁同步电机的控制性能,提高永磁同步电机调速系统的动静态性能,本章针对永磁同步电机直接转矩控制系统,从空间电压矢量出发,在第四章建立永磁同步电机不同的坐标系下的数学模型的基础上,研究永磁同步电机直接转矩控制和空间电压矢量调制直接转矩控制的理论和实现方法,并进行仿真实验研究,分析控制策略的正确性 [24][30] 。 本文研究的转鼓实验台的恒转矩控制方式和惯量模拟控制方式,均采用空间电压矢量调制直接转矩控制策略对交流测功机(即永磁同步电机进行模拟加载。 5.1 永磁同步电机直接转矩控制基本理论 5.1.1 永磁同步电机在x 、y 坐标系下的数学模型 将永磁同步电机在同步旋转坐标系中磁链、电流和电压矢量关系表示在图5-1(即图4-1中所示,图中定义δ为转矩角,即定子磁链和转子磁链之间的夹角。d 、q 为与转子磁场速度 r ω同步旋转的坐标系,d 轴指向转子永磁磁链f ψ方向;x 、y 为与定子磁场速度e ω同步旋 转的坐标系,x 轴指向定子磁链s ψ方向。假设x 轴超前d 轴时转矩角为正,在忽略定子电阻的情况下,转矩角即为功角。当电机稳态运行时,定、转子磁链都以同步转速旋转。因此,在恒定负载的情况下转矩角为恒定值。当电机瞬态运行时,转矩角则因定、转子旋转速度不同而不断变化[31][32]。
A 图5-1 永磁同步电机坐标系 由图5-1可推导出转矩角的表达式为( tan /(tan 1 1 f d d q q sd sq i L i L ψ ψ
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究 摘要 永磁同步电机是数控机床、机器人控制等的主要执行元件，随着稀土永磁材料、永磁电机设计制造技术、电力电子技术、微处理器技术的不断发展和进步，永磁同步电机控制技术成为了交流电机控制技术的一个新的发展方向。基于它的优越性，永磁同步电机获得了广泛的研究和应用。本文对永磁同步电机的弱磁控制策略进行了综述，并着重对电压极限椭圆梯度下降法弱磁控制、采用改进的超前角控制弱磁增速、内置式永磁同步电动机弱磁控制方面进行了调查、研究。 关键词：永磁同步电机、弱磁控制、电压极限椭圆梯度下降法、超前角控制、内置式永磁同步电动机 一、永磁同步电机弱磁控制研究现状 1．永磁同步电机及其控制技术的发展 任何电机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。直流电机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°电角度，因此可以独立调节；而交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。因此，交流电机的转矩控制性能不佳。经过长期的研究，目前交流电机的控制方案有：矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制等[1]。 1．1 矢量控制 1971年德国西门子公司F．Blaschke等与美国P．C．Custman等几乎同时提出了交流电机磁场定向控制的原理，经过不断的研究与实践，形成了现在获得广泛应用的矢量控制系统。矢量控制系统是通过坐标变换，把交流电机在按照磁链定向的旋转坐标系上等效成直流电机，从而模仿直流电机进行控制，使交流电机的调速性能达到或超过直流电机的性能。 1．2 恒压频比控制 恒压频比控制是一种开环控制，它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出进行控制，使电机以一定的转速运转。但是它依据电机的稳态模型，从而得不到理想的动态控制性能。要获得很高的动态性能，必须依据电机的动态数学模型，永磁同步电机的动态数学模型是非线性、多变量，它含有角速度与电流或的乘积项，因此要得到精确控制性能必须对角速度和电流进行解耦。近年来，研究了各种非线性控制器，来解决永磁同步电机非线性的特性。 1．3 直接转矩控制 矢量控制方案是一种很有效的交流伺服电机控制方案，但是由于该方案需要进行矢量旋转变换，坐标变换比较复杂。此外，由于电机的机械常数慢于电磁常数，矢量控制中转矩响应的速度不够迅速。针对矢量控制的上述缺点，德国学者
摘要 直接转矩控制是近年来应用比较广泛的一种控制策略。它的优点包括控制原理直观明了，操作简单快捷，具有良好的转矩响应性。而另一方面，永磁同步电机因为其运行的可靠性高，结构简单，所以在交流伺服电机中所处的地位越来越高。基于这一发展趋势，本文重点研究了把直接转矩控制应用在永磁同步电机上的控制效果。为了更好地分析永磁同步电机直接转矩控制，本文介绍了直接转矩控制的原理和它的优缺点，还有永磁同步电机的分类、结构及其在不同坐标系下的数学模型。然后借助MATLAB 中的Simulink功能，搭建永磁同步电机直接转矩控制系统的模型，对仿真结果进行分析归纳，最后得出结论。结论表明，永磁同步电机直接转矩控制具有较好的转矩响应，基本能实现对永磁同步电机的快速可靠的控制，但是低速性能不佳，得不到快速的转矩响应。这就确定了改善永磁同步电机直接转矩控制在低速时候的转矩响应将成为今后的发展趋势。 关键词:直接转矩控制；永磁同步电机；仿真
目录 摘要Ⅰ 第一章选题背景 1.1 研究背景及研究意义 3 1.2 相关领域的发展情况 3 1.3 研究的主要内容 4 第二章直接转矩控制概述 2.1 直接转据控制原理 4 2.2 直接转矩控制的发展方向 5 2.3 本章小结 6 第三章永磁同步电机概述 3.1 永磁同步电机的分类 6 3.2 永磁同步电机的结构 7 3.4 本章小结 8 第四章永磁同步电机直接转矩控制 4.1 永磁同步电机直接转矩控制原理 8 4.2 逆变器与开关表 10 4.3 定子磁链与电磁转矩的测定 11 4.4 本章小结 13 第五章永磁同步电机直接转矩控制仿真 5.1 仿真软件 13 5.2 仿真模型 14 5.3 仿真结果分析 17 5.4 本章小结 18 第六章结论19参考文献20 第一章选题背景
永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告
专业：电气工程及其自动化 学生姓名： 学生学号: 学生班号:
本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。 稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。 本文主要研究内容是对内置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。 分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。 关键词：内置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模
目录 永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 (1) 一、研究的问题 (5) 二、研究方法 (5) 2.1 永磁电机的数学模型 (5) 2.2弱磁调速原理 (7) 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 (8) 2.4 仿真结果 (11) 三、解决效果 (13) 3.1 结论 (13) 3.2感悟与体会 (13)
异步电机弱磁调速 异步电机矢量控制的调速范围可以通过减弱磁场来增大，这种调速方式被称作“弱磁调速”，在Turbo PMAC中，可以通过一个简单的程序来实现这种调速方式。 弱磁调速的基本用法是：当转速达到现有电枢电压下的极限（即反向电动势等于电枢电压）减弱转子场强，以达到速度极限增大的效果。磁场强度在一定范围内与速度大致成反比，磁场强度是由定子的Id（平行于磁场方向的电流）指令控制，在Turbo PMAC中为Ixx77变量。但实际磁场变化会滞后于Ixx77一个相对较大的电气时间常数（电感的电流滞后于电压）。Turbo PMAC的“滑差（转差）增益”参数Ixx78是相更新时间（相周期）除以转子时间常数，Turbo PMAC使用“滑差增益”与“开环估计器”计算代表磁场强度的转子励磁电流。 我们也可以使用Ixx78滑差增益预测转子励磁电流的滞后，还可以加速定子Id指令的变化以对滞后做出一定的补偿。由于这个算法并非每个相周期都会运行，我们将针对PLC0计算等效的滑差时间常数，一个介于实时中断与转子电气时间常数之间的值。 由于转子的磁场强度决定电机的力矩常数，因此控制场强也相当于控制了反馈回路增益，在减弱磁场的同时回路增益也将减小。为对此做补偿，我们需要同时更改位置环比例增益Ixx30，Ixx30的变化应与估计的转子励磁电流成反比，以确保回路全局增益保持不变。 下面的例子是在4号电机上操作，您可以做简单的更改以操作其他电机。它基于期望速度来控制磁场，因期望速度比实际速度更平滑，但在使用时应确保实际速度与期望速度相差不是太大，否则，应使用实际速度控制磁场。 ；变量替换及定义 ；I变量 #define ServoPeriod I(I19+5) ；每个伺服周期内相周期个数 #define PLC0Period (I8+1) ；每个实时中断周期内伺服周期个数 #define Mtr4CmdId I477 ；指令直接电流（Id） #define Mtr4SlipGain I478 ；滑差增益，由转子时间常数得出 #define Mtr4PropGain I430 ；控制回路增益 #define Mtr4MaxIq I469 ；伺服输出限幅值（Iq，力矩电流） ；用于自动计算的M变量 #define Mtr4EstIm M480 ；估计励磁电流，PMAC自动计算 Mtr4EstIm->Y:$000237,8,16,S ；以Ixx77为单位 #define Mtr4ActId M476 ；实际Id，来自（霍尔）传感器 Mtr4ActId->Y:$000239,8,16,S ；以Ixx77为单位 #define Mtr4DesVel M455 ；期望速度 Mtr4DesVel->X:$00021A,0,24,S ; 1/[Ixx08*32]cts/[Ixx60+1]cyc #define Mtr4ActVel M456 ；实际速度，来自编码器 Mtr4ActVel->X:$00021D,0,24,S ; 1/[Ixx09*32]cts/[Ixx60+1]cyc ；用于算法的P变量 #define Mtr4DesIm P470 ；期望的励磁电流
基于矢量控制的电动汽车用异步电动机 弱磁控制方法 窦汝振,辛明华,杜智明 (中国汽车技术研究中心,天津300162) 摘要:对需要异步电动机恒功率运行的应用领域,特别是电动汽车这种需要大范围扩速运行的情形,弱磁控制是一个非常重要的方法。基于矢量控制提出一种恒交轴电压弱磁控制方法,该方法与电机参数无关,稳定性强,实现简单,试验结果验证了该方法的正确性和有效性。 关键词:矢量控制;弱磁控制;异步电动机 中图分类号:TM301.2B TM343文献标识码:A文章编号:1673-6540(2009)05-0025-03 F iel dW eakening Control of A synchronousM otors Based on V ector Control DOU Ru-zhen,X I N M i n g-hua,DU Zhi-m ing (Ch i n a A uto m otive Technology&Research C enter,T i a nji n300162,Ch i n a) Abstract:The field w eaken i ng contro l is i m portan t for the i nducti on mo tor.s constant pow er ope ration that i s re-qu ired by t he e l ec tric veh icle.Based on the detail ed theo retical analysis,usi ng t he vector contro,l a constant q-ax i s sta t o r vo ltage fi e l d weaken i ng controlm e t hod t hat is stab l e,i ndependent o fm otor para m ete rs is presented.Its vali d it y is prov ed by experi m ental resu lts. K ey word s:vector con tro;l field weaken i ng con tro;l asynchronou sm otors 0引言 异步电动机结实耐用,在矿山机械、航空航天、轨道交通、电动汽车等领域有着广泛应用。异步电动机运行时,其电压会受到供电电压的限制,而电流的增大也会受到电机及变频器的容量限制。因此,异步电动机运行在基速以上时需要采用适当的弱磁方法,在满足电机及逆变器的电压和电流限制条件下,得到尽可能大的电机转矩输出和功率输出及良好的系统动、静态特性[1]。此外,异步电动机弱磁运行时的参数变化较大,因此期望所采用的弱磁控制方法具有较强的参数鲁棒性。 国内、外已有的以矢量控制为基础的弱磁控制方法基本可分为以下三类[2-4]。 (1)1/X r弱磁。如式(1)所示,该方法是在电机转速高于额定转速后将转子磁链给定值设定为与转子转速成反比。 7rd=7rd n X n X r(1)式中:7r dn)))额定转子磁链; X n)))额定转速; X r)))电机转速。 (2)恒压弱磁。这类方法保持电机电压为额定电压,根据电压控制环的输出来控制电机的励磁电流,与电机参数无关,但转矩电流和励磁电流耦合强,电流调节器易于饱和。 (3)励磁电流的解析控制。电机的励磁电感存在磁饱和现象,电感参数会随着励磁电流的调整而发生变化。因此,在电机及励磁电感建模的基础上,采用精确的弱磁电流解析形式,提高电机的转矩输出能力和动态响应。但这类方法的有效性依赖于电机参数的准确性,励磁电流控制开环,鲁棒性较差。 本文对基于转子磁链定向控制的异步电机弱磁控制方法进行了分析,并提出了一种基于交轴电压控制的弱磁控制方法,该方法简便易行。 ) 25 )
第五章 永磁同步电机直接转矩控制及控制性能研究 矢量控制和直接转矩控制是交流电机的两种高性能控制策略，在永磁同步电机驱动控制中的应用与研究己受到众多学者的广泛关注。为了能够更好研究永磁同步电机的控制性能，提高永磁同步电机调速系统的动静态性能，本章针对永磁同步电机直接转矩控制系统，从空间电压矢量出发，在第四章建立永磁同步电机不同的坐标系下的数学模型的基础上，研究永磁同步电机直接转矩控制和空间电压矢量调制直接转矩控制的理论和实现方法，并进行仿真实验研究，分析控制策略的正确性[24][30]。 本文研究的转鼓实验台的恒转矩控制方式和惯量模拟控制方式，均采用空间电压矢量调制直接转矩控制策略对交流测功机（即永磁同步电机）进行模拟加载。 5.1 永磁同步电机直接转矩控制基本理论 5.1.1 永磁同步电机在x 、y 坐标系下的数学模型 将永磁同步电机在同步旋转坐标系中磁链、电流和电压矢量关系表示在图5-1（即图4-1）中所示，图中定义δ为转矩角，即定子磁链和转子磁链之间的夹角。d 、q 为与转子磁场速度 r ω同步旋转的坐标系，d 轴指向转子永磁磁链f ψ方向；x 、y 为与定子磁场速度e ω同步旋 转的坐标系，x 轴指向定子磁链s ψ方向。假设x 轴超前d 轴时转矩角为正，在忽略定子电阻的情况下，转矩角即为功角。当电机稳态运行时，定、转子磁链都以同步转速旋转。因此，在恒定负载的情况下转矩角为恒定值。当电机瞬态运行时，转矩角则因定、转子旋转速度不同而不断变化[31][32]。 A 图5-1 永磁同步电机坐标系 由图5-1可推导出转矩角的表达式为
)( tan )/(tan 11f d d q q sd sq i L i L ψψψδ+==-- （5-1） 式中： sd ψ、sq ψ：定子磁链在d 、q 坐标系下的分量（Wb ）； f ψ：转子永磁磁链（Wb ）； i d 、i q ：定子电流 i s 在d 、q 坐标系下的分量（A ）； L q ：定子电感s L 的d 轴分量，即交轴电感（H ）； L d ：定子电感s L 的q 轴分量，即直轴电感（H ）。 将d 、q 坐标系中物理量转换到x 、y 坐标系，可以得到 ??? ??????? ??-=??????q d y x F F F F δδ δδcos sin sin cos （5-2） 反变换为 ??? ?????????-=??????y x q d F F F F δδ δδ cos sin sin cos （5-3） 式中：F ：可以代表电压、电流、磁链； 1．x 、y 参考坐标系下的转矩表达式[33][34] 由图5-1可知 s sq ψψδ= sin （5-4） s sd ψψδ= cos （5-5） 式中：s ψ：定子磁链幅值。 又由第四章的电磁转矩T e 的矢量形式表达式 s s p e i n T ?= ψ2 3 式中：i s ：定子电流（A ）； s ψ：定子磁链（Wb ）。 综合式(5-2)、(5-4)、(5-5)，将(5-2)代入电磁转矩T e 的矢量表达式可以得到x 、y 轴系的转矩表达式 )]sin cos ()cos sin ([2 3δδψδδψy x sq y x sd p e i i i i n T --+= ][2322 s sq y s sq sd x s sd y s sq sd x p i i i i n ψψψψψψψψψψ+-+=y s p i n ψ23= （5-6）
在永磁同步电机直接转矩控制系统中的模拟研究 摘要-为了提高永磁同步电机的动态性能，提出了永磁同步电机（ PMSM ）的直接转矩控制（ DTC ）方案。基于永磁同步电机的数学模型和DTC 系统的工作原理的深入分析，在Matlab / Simulink 中建立这个系统的仿真模型，来进行模型的广泛研究。大量的仿真结果表明永磁同步电机的DTC 系统具有较快的响应速度和良好的动态性能，验证了这个系统的正确性和可行性。 关键词-永磁同步电机;磁链估计;直接转矩控制; 空间矢量脉宽调制 I.引言 在过去的几年里永磁同步电机（ PMSM ）在越来越多的广泛应用中被熟悉，由于它的特性，例如体积小、重量轻、效率高、惯性小、转子无散热问题等[ 1]。 直接转矩控制（ DTC ）是矢量控制之后的一种新的控制方法。它摈弃了矢量解耦思想控制，并使用该定子磁链直接控制磁链和电动机的转矩。因此，该系统的动态反应是非常快的[2]。 DTC 控制策略应用于永磁同步电动机，以提高电机的转矩特性，其目前已经引起了人们的广泛关注。 传统的DTC 通常采用开关控制策略来实施。但这种控制策略不能同时满足系统在转矩和磁链上的要求，这导致由系统生成的磁链和转矩有很大的波动并导致脉冲电流的问题和更高的开关频率变化引起的开关噪声。空间矢量脉宽调制（ SVPWM ）控制策略已广泛用于电机速度控制领域，由于其潜在的优点，例如小电流波形畸变，直流电压的高利用率，易于数字实现，恒定的开关逆变器的频率，从而有效地降低电机转矩和磁链的脉动等等。 本文研究的对象是永磁同步电机。在应用中， 基于空间矢量脉宽调制的DTC 策略被用来模拟。结果表明，该系统具有响应速度快的优势，良好的动态性能等[3] [4]。 II.永磁同步电机的直接转矩控制技术 永磁同步电机的定子磁链不仅包括由定子电流产生的，而且还包括由永磁转子产生的，这取决于定子和转子的参考系之间的位置角度r θ。因此定子磁链可以表示为： r j s s s PM L i e θ ψψ=+ （1） 其中，下标s 是静态的参考坐标系， s L 是定子自感， PM ψ是转子永磁磁链。 基于定子参考框架的永磁同步电机定子电压方程可以被表示为以下等式： s s s s d u R i dt ψ=+ （2） 因此
电动汽车用永磁同步电机直接 转矩弱磁控制 许峻峰1 冯江华2 许建平1 1.西南交通大学 2.株洲电力机车研究所 摘要:通过对电流限定轨迹、转速限定轨迹和负载角限定轨迹的介绍,阐述了电动汽车用埋入式永磁同步电机的弱磁控制过程,有效拓宽了永磁同步电机直接转矩控制系统的调速范围。由于永磁同步电机弱磁是通过电枢反应达到弱磁运行目的的,电枢反应对永磁同步电机的参数有着重要的影响,并且弱磁程度越高,电枢反应越大。因此考虑了永磁同步电机的电枢反应对于电机转子磁链和交直轴电感等参数的影响,对比了不考虑电枢反应时各控制轨迹及弱磁性能。通过M AT LAB/SIM ULINK实现了考虑电枢反应和不考虑电枢的永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。仿真结果验证了理论分析的正确性。 关键词:电动汽车 永磁同步电机 直接转矩 弱磁控制 Flux-weakening C ontrol of Direct Torque C ontrol of Permanent Magnet Synchronous Motor for Electrical Vehicle Xu Junfeng Feng Jiang hua Xu Jianping Abstract:Flux-w eakening control of interior permanen t magnet s ynchr on ou s motor(PM SM)is elaborated by th e pres entation of current limit trajectory,speed limit trajectory and load angel limit tr ajectory.Flux-w eaken ing control extends th e timin g range of the mach ine.For PM SM,flux-w eakening is realized by armatur e reaction.In flux-w eak enin g range,ar mature reaction w ill serious ly affect th e parameters of PM S M s uch as rotor flux,direct ax is inductance and quadrature axis ind uctan ce.T he control trajectories mention ed above and flux-w eakening contr ol performance of w ith and w ithout cons idering arm ature reaction are compared us ing M AT LAB/SIM U LINK.T he ration ality of theory analysis h as b een proved b y s imulation r esu lts. Keywords:electrical vehicle perman ent magnet synchronous motor(PM S M) direct torqu e control flux-w eakening control 1 引言 电动汽车对于驱动系统的基本要求是:低速时能输出恒定转矩,以适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求,高速时能输出恒定功率,能有较宽的调速范围,适应高速行驶,超车等要求。较强的弱磁性能能够在逆变器容量不变的情况下提高电动汽车的起动、加速能力及低速爬坡能力;或者说在保持电动汽车起动加速及低速爬坡能力不变的前提下降低电机的最大功率,从而降低逆变器的容量。因此对电动汽车驱动用永磁同步电动机进行弱磁控制,并且拓宽弱磁范围有着重要的意义。另外对永磁同步电动机进行弱磁控制可以拓宽电动汽车的运行范围,满足电动汽车高速运行的要求。 因为永磁同步电机的转子励磁磁场由永磁体产生,不能像异步电机一样直接减弱转子磁场,所以弱磁控制便成了永磁同步电机的研究热点。其弱磁控制原理是通过增加定子直轴电流利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱,达到等效于减弱磁场的效果,从而达到弱磁增速的目的。针对这一 国家自然科学基金项目(50077018),国家教育部博士学科点专项科研基金项目(20020613010)
永磁同步电机弱磁控制方法 摘要：永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点，在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用。永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求，对其进行弱磁控制并拓宽调速范围有着重要意义。本文针对现在常用的几种永磁同步电机弱磁控制方法进行综述。基于控制对象的不同，对弱磁控制方法进行分类，并详细介绍了目前比较常见的负id 补偿法、查表法、梯度下降法、电流角度法、单电流调节器法等方法,分析了各方法的原理及特点，得出以电压为控制对象的弱磁方法具有一定发展前景的结论。 关键词：永磁同步电机；弱磁控制；内置式永磁同步电机；矢量控制 The Field Weakening Control Strategy of Permanent Magnet Synchronous Motor Abstract: PMSM because of its high power density, high reliability and high efficiency characteristics, at a higher speed requirements of electric vehicle drive system has been widely used. PMSM weakening control technology must be used to meet the needs of a wide speed range . And because of its salient pole effect, it is of great significance to broaden the scope of the weak magnetic field of IPMSM. In this paper, the commonly used weakening control method of PMSM are reviewed.Based on the different control object,we classify the weak magnetic control method, and introduces in detail the negative id compensation method, look-up table method, gradient descent method, current angle method, single current regulator method that is used commonly at present, analyzes the principle and characteristics of each method.Finally, we conclude that voltage control field weeking method has development prospects . Key words: PMSM; the field weaking control; IPMSM;FOC 1引言 永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点，在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用[1, 2]。永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求。永磁同步电机弱磁控制的思想来自对他励直流电机的调磁控制，对永磁同步电机弱磁控制的研究始于20 世纪80 年代中期[3, 4]。并于90 年代初形成了完善的弱磁理论[5]。内置式永磁电机结构简单、鲁棒性高、造价低。对内置式永磁电机进行弱磁控制并拓宽弱磁范围有着重要意义[6]。由于永磁同步电机的励磁磁场是由永磁体产生，在转速要求较高需要弱磁运行的场合难以实现，在某些应用场合受到限制。因而研究永磁电机的弱磁扩速问题，无论是从控制角度还是本体结构的合理设计选取的角度，一直是国内外学者研究解决的热点[7]。所以有必要对现有的永磁同步电机弱磁控制方式进行综合分析研究。本文将针对现在常用的几种永磁同步电机弱磁控制方法进行综述。文中基于控制对象的不同，对弱磁控制方法进行分类，并详细介绍了目前比较常见的负i d补偿法、查表法、梯度下降法、电流角度法、单电流调节器法等方法。 2 永磁同步电机弱磁控制研究现状 2.1永磁同步电机控制技术的研究现状 近二十年多年来电动机矢量控制、直接转矩控制等控制技术的问世和计算机人工智能技术的进步，使得电动机的控制理论和实际控制技术上升到了一个新的高度。目前，永磁同步电机调速传动系统仍以采用矢量控制的为多。 矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制。从式(1)可以看出，当永磁体的励
2016年6月12日星期日 电机的弱磁控制原理 异步电机变压变频调速的控制特性 基频以下：恒转矩调速（恒磁通调速） 电机启动电流大的原因： 当感应电动机处在停止状态时，从电磁的角度看，就象变压器，接到电源去的定子绕组相当于变压器的一次线圈，成闭路的转子绕组相当于变压器被短路的二次线圈；定子绕组和转子绕组间无电的的联系，只有磁的联系，磁通经定子、气隙、转子铁芯成闭路。当合闸瞬间，转子因惯性还未转起来，旋转磁场以最大的切割速度——同步转速切割转子绕组，使转子绕组感应起可能达到的最高的电势，因而，在转子导体中流过很大的电流，这个电流产生抵消定子磁场的磁能，就象变压器二次磁通要抵消一次磁通的作用一样。而定子方面为了维护与该时电源电压相适应的原有磁通，遂自动增加电流。因为此时转子的电流很大，故定子电流也增得很大，甚至高达额定电流的4~7倍，这就是启动电流大的缘由。 启动后电流为什么小？ 随着电动机转速增高，定子磁场切割转子导体的速度减小，转子导体中感应电势减小，转子导体中的电流也减小，于是定子电流中用来抵消转子电流所产生的磁通的影响的那部分电流也减小，所以定子电流就从大到小，直到正常。 随着启动电流增大，损耗增大，即定子端电压下降。 空载电流：不为0，一般是额定电流的1/3。 对永磁同步电机的仿真分析（举例） 分析电机在启动时，启动电流达到额定值的3倍，至0.03S稳定。起初负载转矩给定3N*m,至0.1S时负载转矩给定为1N*m,定子电流的波形对于变小，电磁转矩与负载转矩平衡，使得电机稳定运行。
转速刚启动瞬间为0，但大约经过0.02S后电机转速达到给定值，当0.1S时负载突然减小，转速有短暂的上升，立刻回到给定值，转速比较稳定，达到理想。 电机启动时，电磁转矩启动时较大，至0.03S后电磁转矩达到3N*m,0.1S时负载转矩发生变化，即电磁转矩也相应的发生变化。 电机空载运行时，空载电流的幅值大约是额定值的1/3，绝对不为0，平均值为0,相应的三相静止定子电流为120度，两相静止坐标互差90度， 空载情况下，0.2S之前空载，其输出的两相静止坐标近似为0 ，但肯定不是0，由于采用id=0控制，即直轴电流一直是0，而转矩电流iq在控制是电流几乎为0，加负载后，值增加。 当空载时，输出转矩为0，突然增加负载时，输出转矩相应增加。
永磁同步电机弱磁调 速
永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 专业：电气工程及其自动化 学生姓名： 学生学号: 学生班号:
摘要 本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。 稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。 本文主要研究内容是对内置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。 分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。 关键词：内置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模
目录 目录 永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 (2) 一、研究的问题 (5) 二、研究方法 (5) 2.1 永磁电机的数学模型 (5) 2.2弱磁调速原理 (7) 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建 立 (8) 2.4 仿真结果 (11) 三、解决效果 (13) 3.1 结论 (13) 3.2感悟与体会 (13)