同步电动机磁链观测器研究

基于有效磁链观测器的内置式永磁同步电机的无差拍直接转矩控制文婷;张兴华【摘要】To improve the performance of permanent magnet synchronous motor drive system,a speed-sensorless deadbeat direct torque control (DB-DTC) of interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) was presented.Based on the discrete model of the motor,the deadbeat voltage control law of the torque and flux linkage was derived.By employing a graphical analysis method,the physical meanings of the voltage vector solution were explained clearly.The speed sensorless control of IPMSM was realized by combining the DB-DTC and the speed estimation method which based on the active flux observer.Simulation results verified the effectiveness of the proposed method.%为提高永磁同步电机驱动系统的性能,提出一种无速度传感器内置式永磁同步电机(IPMSM)无差拍直接转矩控制方法.在建立电机离散化模型的基础上,导出了转矩与磁链的无差拍电压控制律.采用图形化辅助解析的方法,直观地表达了无差拍直接转矩控制电压矢量解的物理含义.将无差拍直接转矩控制与基于有效磁链观测器的速度估算方法相结合,实现了IPMSM的无速度传感器控制.仿真结果验证了该方法的有效性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)005【总页数】5页(P27-31)【关键词】内置式永磁同步电机;无差拍直接转矩控制;空间矢量调制;有效磁链;无速度传感器【作者】文婷;张兴华【作者单位】南京工业大学电气工程与控制科学学院,江苏南京211816;南京工业大学电气工程与控制科学学院,江苏南京211816【正文语种】中文【中图分类】TM351永磁同步电机具有体积小、可控性好、调速范围广和功率因数高等一系列优点，在工业中获得了广泛应用。

永磁同步电机旋转坐标系滑模观测器设计研究刘彦呈;任俊杰;王宁;刘厶源【摘要】针对内置式永磁同步电动机在螺旋桨重载工况下，两相静止坐标系滑模观测器中扩展反电动势幅值大小易受螺旋桨负载影响的问题，在两相旋转坐标系下设计一种新型滑模观测器用以实现内置式永磁电动机转速及转子位置观测。

采用李雅普诺夫稳定性理论对所设计的滑模观测器进行了稳定性分析，得出电动机转速估算表达式，避免了扩展反电动势的观测。

对所提出的永磁同步电动机无速度传感器控制策略进行仿真分析和试验研究，结果表明设计的滑模观测器能够准确实现永磁电动机的转速估算，系统具有良好的动态响应性能，验证了该控制策略的有效性与可行性。

%Aiming at the problem that the magnitude of extended electromotive force ( EMF) is affected by the propeller load condition when the sliding mode observer ( SMO) is designed in the stationary refer-ence frame for a interior permanent magnet synchronous motor ( IPMSM) , a novel SMO for IPMSM speed and rotor position detection was designed in the synchronous rotating frame. Using Lyapunov stability the-ory, the stability of the SMO was analyzed and the calculation of the rotor speed was deduced, avoiding observer of the extended EMF. Simulation and experimental results show that the SMO can accurately get the rotor estimation speed, the system is featured by fast dynamic response,and the reliability and validity are verified by simulation and experimental results.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】9页(P36-44)【关键词】内置式永磁推进电动机;同步旋转坐标系;滑模观测器;无速度传感器控制;李雅普诺夫稳定性【作者】刘彦呈;任俊杰;王宁;刘厶源【作者单位】大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连116026;大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连116026;大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连116026;大连海事大学轮机工程学院，辽宁大连116026【正文语种】中文【中图分类】TM351任俊杰(1984—)，男，博士研究生，研究方向为船舶电力推进永磁电动机运动控制技术；王宁(1983—)，男，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为电力传动及其自动化等；刘厶源(1990—)，男，硕士研究生，研究方向为电动机运动控制及参数辨识。

永磁同步电机永磁磁链自适应观测器设计方
法
永磁同步电机是一种新型的高效率驱动器，在工业生产和交通运
输领域发挥着越来越重要的作用。

永磁磁链自适应观测器是永磁同步
电机矢量控制系统中的重要部分，其作用是实时地测量电机转子位置、速度和加速度等关键参数，以便实现精准控制。

永磁磁链自适应观测器的设计方法主要包括以下几个方面：首先，通过对永磁同步电机的控制系统结构和工作原理进行深入研究，建立
数学模型，推导出永磁磁链动态方程和观测器动态方程，从而建立起
永磁磁链自适应观测器数学模型；其次，根据已建立的数学模型，采
用自适应滤波器算法进行观测器状态估计，实时地测量永磁磁链的变
化情况，并将观测结果反馈给系统控制器，以保证永磁同步电机的稳
定运行；最后，通过实验验证和仿真分析等手段，对所设计的永磁磁
链自适应观测器进行性能评估和优化，进一步提高永磁同步电机的工
作效率和精度。

总之，永磁磁链自适应观测器是永磁同步电机控制系统中的重要
环节，其设计方法和优化策略对于提高永磁同步电机的性能具有重要
的意义和价值。

一种新型永磁同步电机定子磁链观测器邢岩;王旭;刘岩;杨丹【摘要】定子磁链估计是直接转矩控制中不可缺少的部分,传统直接转矩控制中通过对反电动势值进行积分估计定子磁链.为了避免纯积分法的缺陷,提出定子磁链估计的改进方法,将扩展卡尔曼滤波引入到直接转矩控制中,利用扩展卡尔曼滤波估计定子磁链,研究了扩展卡尔曼滤波在定子磁链估计中的应用.仿真结果表明所提出的算法克服了传统反电动势积分法的缺陷,不仅能准确估计速度、转子位置和定子磁链,并且对电机参数具有很强的鲁棒性.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)006【总页数】4页(P766-769)【关键词】永磁同步电机;定子磁链估计;扩展卡尔曼滤波;直接转矩控制;无速度传感器【作者】邢岩;王旭;刘岩;杨丹【作者单位】东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TP273.2永磁同步电机结构简单，运行可靠，损耗少，效率高，噪声低，因而应用范围极为广泛[1].1986年感应电机直接转矩控制方法的提出[2]，使直接转矩控制作为交流电机控制的有效策略得到广泛应用，并且应用到永磁同步电机中.虽然直接转矩控制因具有动态响应快、对参数依赖少、不需要电流控制器而消除了内部延迟等优点而受到越来越多的关注[3-4].但是它也存在缺点和限制：定子磁链的计算受定子电阻和反电动势积分的影响.因此许多文献中提出改进的磁链估计方法，包括对直流测量偏移进行补偿[5]，以直流偏移是常数为前提，但这在实际运行中并不满足；利用可编程低通滤波器对定子磁链进行估计[6]；利用PI控制器跟踪定子电阻[7]及使用永磁同步电机的电流模型[8]，这两种方法需要用到转子位置信息，导致系统中增加位置传感器.这些方法都增加了计算量和系统模型的复杂度.本文将扩展卡尔曼滤波应用到直接转矩控制中，利用永磁同步电机电流模型计算定子磁链，同时将速度和转子位置作为状态分量进行估计.1 PMSM直接转矩控制直接转矩控制根据给定电磁转矩、定子磁链与实际电磁转矩、定子磁链的差值选择合适的定子电压矢量.在DTC中只用到定子电阻值，不需要电流控制器和其他电机参数，因此和矢量控制相比，直接转矩控制具有参数依赖少、转矩响应快等优点.2 传统DTC定子磁链估计直接转矩控制的基本原理是根据估算的电磁转矩Te，定子磁链幅值|ψs|和定子磁链角度θs来选择合适的定子电压矢量，从而调节转矩和磁链值.其中：Te=3p(ψsαiβ-ψsβiα)/2，p是极对数，iα，iβ分别是定子电流α轴、β轴分量，ψsα，ψsβ分别是定子磁链α轴、β轴分量.显然Te，|ψs|，θs都由ψsα和ψsβ决定，因此要想准确控制电机，定子磁链的估计至关重要.理论上讲，定子磁链矢量可以通过对反电动势值进行积分得到：ψs=(us-Rsis)dt+ψs|t=0.(1)式中：ψs|t=0是t=0时刻定子磁链的初始值；Rs，us，is分别为定子电阻、电压、电流.由于存在开环积分，us，is的直流测量偏移将导致定子磁链计算误差大，而且在电机运行过程中Rs随温度的升高而增加，也会导致定子磁链计算不准确.因此本文将扩展卡尔曼滤波应用到直接转矩控制中，利用永磁同步电机电流模型通过卡尔曼滤波状态分量计算定子磁链.3 基于EKF的定子磁链估计理论上定子磁链可由式(1)对反电动势积分得到，但存在偏移，因此本文采用SPMSM在两相静止坐标系(α，β)上的电流模型计算定子磁链：(2)式中：Ls是同步电感；ψf是永磁磁链；θr是转子位置角度.直接转矩控制不需要从静止坐标系到旋转坐标系的转换，因此本质上是一种无传感器控制策略，而由式(2)可以看出，计算定子磁链需要用到转子位置信息是一个主要缺点.为了估计转子位置信息，需要使用状态观测器[6]经过仔细研究，本文选用扩展卡尔曼滤波方法.3.1 卡尔曼滤波原理卡尔曼滤波是一种最小方差意义上的最优预测估计，采用状态空间法在时域内设计滤波器，设计简单易行.对于非线性系统可以采用扩展卡尔曼滤波，利用系统动态模型、可测量状态和系统及量测噪声对不可测状态进行估计.卡尔曼滤波算法分为两个阶段：预测阶段和修正阶段.预测阶段：由测得的输入量uk和电机模型f(xk，uk)得到电机下一个状态向量的估计值，由此计算出下一个状态输出向量的估计值并与实际测得的输出向量值zk+1进行比较.修正阶段：利用上一步所得误差、测量噪声协方差矩阵R，系统噪声协方差矩阵Q对状态值进行修正，同时计算卡尔曼增益矩阵Kk+1.3.2 扩展卡尔曼滤波选取x=[iα iβ ωr θr]T为状态变量，u=[uα uβ]T为输入变量，y=[iα iβ]T为输出变量.永磁同步电机系统状态方程和观测方程为(3)式中：则相应的扩展卡尔曼基本滤波公式为(4)(5)(6)(7)Pk+1=[I-Kk+1Hk+1]Pk+1，k.(8)4 仿真研究仿真用PMSM定子电阻Rs=2.857 Ω，直/交轴电感Ls=8.5 mH，永磁体磁链ψf=0.175 Wb.电机在轻载下启动，给定转速为150 rad/s，0.4 s时给定转速阶跃为200 rad/s.仿真结果如图1所示，从电机转速曲线可以看出，启动阶段和给定转速突变时估计转速比实际转速有较大的误差，但很快收敛于实际转速，误差趋于零.定子电阻值由于电机在运行过程中温度变化而发生变化，是时间的常数，通常定子电阻值会变化至原始值Rs0的1.5～1.7倍[9]，因此图2和图3分别给出实际定子电阻为1.7Rs0，电机在轻载下启动，给定转速为150 rad/s，0.4 s时阶跃为200 rad/s，传统DTC和引入EKF后(DTC_EKF)的仿真波形.图1 转速突变时仿真波形Fig.1 Simulation wave for speed change(a)—电机转速； (b)—实际转子位置；(c)—估计转子位置； (d)—电磁转矩； (e)—定子磁链. 可以看出，在传统DTC中，当定子电阻变化时，定子磁链波形非正弦，产生较大的估计误差.因为在传统DTC中采用式(1)估计定子磁链，实际定子电阻值发生变化，而和估计式(1)中使用的值不一致时，将导致定子磁链估计误差.EKF估计器可以很好地处理定子电阻误差，因为只有f(x，u)中含有Rs，当Rs变化时，EKF估计器可以通过闭环结构修正模型误差，改善定子电阻存在误差时的系统性能，如图3所示，实际定子电阻改变，估计转速能够快速跟踪实际转速，估计得到的定子磁链、转矩值与实际值相等，且磁链和转矩脉动小.图2 Rs=1.7Rs0时传统DTC仿真波形Fig.2 Conventional DTC wave whenRs=1.7Rs0图3 Rs=1.7Rs0时EKF_DTC波形Fig.3 EKF_DTC wave when Rs=1.7Rs0(a)—电机转速； (b)—实际转子位置；(c)—估计转子位置； (d)—电磁转矩； (e)—定子磁链.5 结论本文采用扩展卡尔曼滤波和永磁电机电流模型估计定子磁链，减小转矩和磁链脉动，由于扩展卡尔曼滤波的应用，形成Rs闭环控制，解决了传统DTC中定子磁链估计受电阻影响大的问题；克服了传统DTC中纯积分法的缺陷.仿真结果表明，在速度突变的情况下，DTC_EKF可以很好地估计转速和转子位置，最终稳定在参考值，具有很好的动态和静态性能，而且对定子电阻具有很强的鲁棒性.参考文献：[1] 唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京：机械工业出版社，1997：1-12. (Tang Ren-yuan.Modern permanent magnet machines theory anddesign[M].Beijing：China Machine Press，1997：1-12.)[2] Takahashi I，Noguchi T.A new quick-response and high-efficiency control strategy of an induction motor[J].IEEE Transactions on Industry Applications，1986，22(5)：820-827.[3] 田淳，胡育文.永磁同步电机直接转矩控制系统理论及控制方案的研究[J].电工技术学报，2002，17(1)：7-11.(Tian Chun，Hu Yu-wen.Study of the scheme and theory of the direct torque control in permanent magnet sychronous motordrives[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2002，17(1)：7-11.)[4] Zhong L，Rahman M F，Hu Y W，et al.A direct torque controller for permanent magnet synchronous motor drives[J].IEEE Transactions on Energy Conversion，1999，14(3)：637-642.[5] Chapuis Y A，Roye D，Davoine J.Principles and implementation of direct torque control by stator flux orientation of an inductionmotor[C]//Applied Power Electronics Conference and Exposition.Dallas，1995：185-191.[6] Rahman M F，Haque M E，Tang L，et al.Problems associated with the direct torque control of an interior permanent-magnet synchronous motor drive and their remedies[J].IEEE Transactions on Industry Electronics，2004，51(4)：799-809.[7] Haque M E，Rahman M F.Influence of stator resistance variation on direct torque controlled interior permanent magnet synchronous motor drive performance and its compensation[C]//Industry Applications Conference.Chicago，2001：2563-2569.[8] Andreescu G D，Pitic C I，Blaabjerg F，et bined flux observer with signal injection enhancement for wide speed range sensorless direct torque control of ipmsm drives[J].IEEE Transactions on Energy Conversion，2008，23(2)：393-402.[9] Lee B S，Krishnan R.Adaptive stator resistance compensator for high performance direct torque controlled induction motor drive[C]//Industry Applications Conference.St.Louis，1998：423-430.。

基于新型磁链观测器的无速度传感器感应电机控制技术研究现代工业中，传感器已经成为了一种非常重要的设备，经常被用来感知各种物理量，例如电流、温度、压力等等。

其中，无速度传感器是一种非常实用的传感器种类，其可以直接测量电机的输出角度，因此被广泛应用于电机控制领域。

本文将基于新型磁链观测器来研究无速度传感器感应电机控制技术，探讨其优点及存在的问题。

无速度传感器感应电机控制技术是一种直接根据电机输出的转子位置角度来推算电机输出转速的技术。

在实际应用中，为了确保电机的精准空间控制，需要通过测量转子的位置角度，将这些数据发送至控制器，以帮助控制器预测电机的输出转速。

而无速度传感器技术则可以避免使用复杂的转速传感器，从而降低了制造成本，减少了整个系统的体积，提高了器件的可靠性。

新型磁链观测器则是用来观测电磁场的变化，从而精确推算出电机的位置和速度。

它被广泛应用于无刷直流电机的转速控制系统中，可用于传感器监控死区、空载、过载和超速等状况。

该技术的具体实现步骤如下：首先，用数字信号处理器（DSP）采集各磁极施加的电压和角度测量电路测量得到的转子角度信息。

然后，通过对这些数据进行处理和分析，可以利用数学模型计算出电机的位置和速度。

最后，将这些数据反馈给电机控制器，使电机控制器可以根据这些数据进行调整，调整电机的输出力矩和输出角度，以达到最佳的效果。

使用新型磁链观测器的无速度传感器技术具有以下优点：首先，该技术不需要反馈很高的分辨率和动态范围，因此，对于一些特殊应用场合，可以采用价格较低的模块，节约成本；其次，使用无速度传感器技术可以避免由于控制误差产生的振荡问题，提高了系统的稳定性和可靠性；最后，该技术具有更好的机械耐用性和抗外干扰能力，适用广泛。

然而，在实际应用中，新型磁链观测器的无速度传感器技术也存在着一些问题。

首先，与传统的转速传感器相比，其灵敏度较低，不同的电机可能需要不同的传感器参数。

其次，无速度传感器技术会造成一定的误差，尤其是在高负载和超速的情况下，误差可能会较大。

异步电机矢量控制方案论证一，概述三相异步电机具有结构简单，牢固，维修方便，价格便宜等特点，目前在工业领域中得到广泛应用。

早期的变频调速采用变压变频（VVVF）速度开环的方式，基频以下为恒压频比控制，在低速时，提高电压以补偿定子阻抗压降。

这种调速方法的控制结构简单，成本低，适用于风机等对调速系统动态特性要求不高的场合，但是对于动态和静态性能要求高的场合，这种开环系统就无法提供足够的保障。

1971年德国西门子公司的F.Blashke等革命性地提出了“感应电机磁场定向控制原理(Fieldorientation)”，即矢量控制技术，使交流传动的转矩静动态特性取得质的改善，完全可与直流调速系统相媲美。

矢量控制的实质是利用美国A.A.Clark提出的“感应电机定子电压的坐标变换控制”原理。

经过不断的实践和改进，形成了现已得到普遍应用的矢量控制变频调速技术。

矢量控制通过引入坐标变换，把复杂的异步电机等效为简单的模型，在保证磁场准确定向的情况下，可以实现励磁电流和转矩电流的解耦，使得交流电机的转矩控制性能可以与直流电机相比拟，这无疑是交流传动控制理论上的一个质的飞跃。

转子磁场的定向控制就是在将旋转坐标系放在同步旋转磁场上，将电机的转子磁通作为旋转坐标系的直轴。

若忽略由反电动势引起的交叉耦合，检测出定子电流的直轴分量，就可以观测转子磁通幅值，但转子磁通恒定电磁转矩与定子电流的交轴分量成正比，通过控制定子电流的交轴分量就实现对电磁转矩的控制,此时称定子电流的直轴分量为励磁分量，定子电交轴分量为转矩分量。

可由电压方程的直轴分量控制转子磁通，交轴分量控制转矩从而实现磁通和转矩的解耦控制。

转子磁场定向的最大的优点是达到了完全解耦，无需增加解耦器，控制方式简单，具有良好的动态性能和控制精度。

在异步电机矢量控制中，要实现准确的解耦，必须要知道转子磁链准确的相位角。

而在直接矢量控制中，为了实现磁链的反馈控制，还要知道转子磁链准确的幅值。

基于自适应磁链观测器的永磁同步电机最小损耗控制策略程辉;杨克立【摘要】A novel adaptive flux observer based on direct torque and flux control(DTFC) method of the interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM) was presented.An online loss minimization algorithm(LMA) is developed to estimate the air-gap flux so that the motor operates at minimum loss condition.The optimum operating efficiency of IPMSM was achieved at different operating conditions, and the dynamic and static performances of the system were improved.The Simulink model was founded by Matlab/Simulink, which verified the validity and feasibility of the theoretical model and control strategy.%在分析内置式永磁同步电机损耗模型的基础上,结合直接转矩磁链控制方案,提出了一种新颖的基于自适应磁链观测器的控制算法,在线计算最小损耗实时调节磁链给定值,使电机在不同的运行工况下达到运行最佳效率,改善了系统的动静态性能.利用Matlab/Simulink仿真软件建立了系统模型,验证了控制算法的有效性和可行性.【期刊名称】《河南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(029)002【总页数】5页(P35-39)【关键词】直接转矩磁链控制;内置式永磁同步电机;自适应磁链观测器;损耗最小;速度控制【作者】程辉;杨克立【作者单位】河南工程学院电气信息工程学院,河南郑州 451191;中原工学院工业训练中心,河南郑州 450007【正文语种】中文【中图分类】TM341;TM351内置式转子结构的永磁同步电机与异步电机相比，不需要无功励磁电流，具有体积小、质量轻、功率因数高、运行效率高、可靠性高及动态性能良好等特点，在高性能拖动与伺服系统领域得到了广泛应用[1-3].目前，用于异步电机高性能控制的方法仍是磁场定向矢量控制和直接转矩控制.直接转矩定子磁链(DTFC)控制省去了复杂的旋转坐标变换、PWM调制及电流调节，与传统的磁场定向控制策略比较，结构简单，易于实现，转矩响应快，动态性能好，受到了业内的青睐.DTFC通过直接检测定子电流和电压计算出电动机的磁链和转矩，分别与给定参考值通过滞环比较器后将差值输给逆变器进行调节.传统的DTFC给定定子磁链值为较大的恒定值，以使电机在额定负载时效率最高，而永磁同步电机(IPMSM)是一个多变量、强耦合、变参数的非线性系统，电机在空载和轻载运行时效率会降低，而且不同的定子磁链能够提供的最大输出转矩也不同，显然易存在转矩不平稳引起转速波动及难以控制电机损耗等问题.如何在改善调速特性的同时提升电机的运行效率，已成为许多学者和工程技术人员研究的一个热点[4-5].近年来，基于损耗模型的永磁同步电机最小损耗控制的研究多针对表面贴装式永磁同步电机(IPMSM)，而对于内置式永磁同步电机，由于最小损耗控制模型复杂且为非线性，国内外的相关研究非常少.为了使电机在不同的运行工况下均能保持最佳的效率和快速的动态性能，必须实时在线对定子磁链进行最优控制.本研究在分析内置式永磁同步电机损耗模型的基础上，采用DTFC控制方案，提出了一种新颖的基于自适应磁链观测器的控制策略，采用实时在线计算最小损耗的方法来估算定子磁链，估算值为系统输入参考量，不仅可以改善DTFC的性能，而且损耗最小.忽略阻尼绕组时，内置式永磁同步电机(IPMSM)的损耗主要有铜耗、铁耗、杂散损耗及机械损耗(如风阻和摩擦损耗)，由于杂散损耗和机械损耗所占的比例较小，不直接与电机电流及磁链相关[6-7]，本研究仅考虑可控的铁耗及铜耗.图1为考虑d，q轴上铁耗及铜耗时永磁同步电机的等效电路图.图1中，Rs为定子绕组电阻；Rc为等效铁耗电阻；ω为电气转速，ω=npωr；ωr为转子机械角速度；np为极对数；Ψf为永磁体产生的磁场；ud，uq分别为d，q轴上的定子电压分量；iod，ioq分别为d，q轴上的电流有功分量.由图1可得IPMSM的铜耗和铁耗分别为忽略杂散损耗和机械损耗，永磁同步电机的电气损耗即总损耗为PE=PCu+PFe.内置式永磁电机的输出功率Pout=Teωr，电机的运行效率×100%.要使IPMSM获得最佳效率，只要使=0成立[8-9]，即可求得损耗为最小值时的最优电流：由式(1)和(2)可得其中，再分别把式(7)和(8)代入式(3),可得稳态时，，对式(10)和(11)求微分得把式(12)和(13)代入式(6)可得式(14)中，icd和 icq的计算分别见式(10)和(11).由图(1)中的(b)可得d,q轴电流及相应磁链之间的关系如图2所示.综上，DTFC控制策略下的给定磁链为根据上述控制原理，基于自适应磁链观测器的最小损耗IPMSM的直接转矩磁链控制系统如图3所示.系统主要包括自适应磁链观测器、电机转矩观测器、开关电压状态矢量表、转矩及磁链滞环比较器、转矩磁链计算和最小损耗控制器.磁链及转矩比较器用来确定转矩和磁链的当前状态，开关电压状态矢量表根据转矩和磁链状态选择合适的电压矢量，转矩磁链计算用来实时计算转矩和磁链，最小损耗控制则根据负载转矩和给定转速实时动态调整磁链的给定值，从而使电机运行在最小损耗控制方式下.为了验证本控制方法的有效性，建立了基于最小损耗模型的永磁同步电机直接转矩磁链控制系统，采用自适应磁链观测器并利用Matlab/Simulink软件进行了仿真研究.仿真用IPMSM参数如下：UN=183 V； IN=14.2 A；TN=19.1 N·m；ωN=180 rad/s；极对数np=3；定子电阻Rs=0.242 Ω；铜耗电阻Rc=7.5 Ω；d轴电感Ld=5.06 mH； q轴电感Lq=6.42 mH；永磁体磁链Ψf=0.24 Wb；转动惯量J=0.013 3 kg·m2，黏滞系数B=0.001 N·m/(rad·s-1)图4为系统在额定条件下采用上述控制策略时转速和效率及输出转矩的波形图，从图4可以看出，输出转速很快追踪并达到给定转速的期望值，稳态时效率高达92.6%.图5(a)为当给定输入转速呈阶跃性变化(每5 s输入增加20 rad)时，系统输出转速的响应曲线和效率变化曲线.从图5(a)可以看出输出达到了期望值，系统的效率仍可达到86%以上.图5(b)为估算的磁链变化曲线，随着给定转速的增加，定子磁链呈阶梯状递减.图6为采用传统DTFC控制且取给定磁链为额定值0.204 5 Wb、负载为额定负载时电机的响应速度及效率曲线.从图6(a)可以看出，电机效率虽可达92%，但输出转速最高仅为125 rad/s.若取给定磁链为低恒值0.121 Wb，响应曲线如图6(b)所示.由此可见，电机转速可跟踪输入，但此时电机效率较低，在负载较轻时更为明显.图7为当给定转速为100 rad/s而负载阶跃性增加时，分别采用传统的DTFC控制方式和基于磁链观测器的DTFC控制方式的电机效率曲线.由图7可以看出，在稳态时最小损耗模型磁链观测器DTFC控制策略比传统的DTFC控制策略更能保证电机以较高的效率运行，在低负载运行时效率的改善更为明显.本研究基于内置式永磁同步电机直接转矩磁链控制平台，针对最小损耗模型提出了一种新颖的基于自适应磁链观测器的控制策略，采用实时在线计算磁链给定的方法，随控制系统外界输入信号如给定速度、负载等的变化动态地自动调整磁链给定值，使电机在不同的运行工况下实现运行效率最佳，系统的动静态性能也得到了改善.仿真结果表明，与传统的直接转矩磁链控制系统相比，该控制方案可以在宽调速范围内和轻负载情况下明显提高运行效率，可改善系统的动态性能.【相关文献】[1] 黄劭刚,郑军洪,廖书明.内置式永磁电动机的饱和参数与矢量控制分析[J].微电机,2014,47(10):66-69.[2] 符荣,窦满峰.电动汽车驱动用内置式永磁同步电机直交轴电感参数计算与实验研究[J].电工技术学报,2014,29(11):30-36.[3] 朱鲁佳.电动汽车用永磁同步电机驱动系统的高性能控制[J].电机与控制应用,2015,42(2):56-59.[4] 盛义发,喻寿益,洪镇南,等.内置式永磁同步电机驱动系统效率优化研究[J].电气传动,2011,41(6):14-18.[5] 吴钦木,韦书龙,李捍东,等.永磁同步电机驱动系统效率优化控制参数变化影响研究[J].电机与控制应用,2012,39(6):18-23.[6] 徐艳平,钟彦儒.永磁同步电机最小损耗控制的仿真研究[J].系统仿真学报,2007,19(22):5283-5286.[7] 刑绍邦,罗印升,宋伟,等.永磁同步电机效率改善策略比较研究[J].电气传动,2012,42(4):42-46.[8] 崔皆凡,李林,单宝钰.永磁同步电机驱动系统最小损耗分析[J].沈阳工业大学学报,2012,34(4):372-376.[9] 王晓雷,赵克友.永磁同步电机最小损耗的直接转矩控制[J].电机与控制学报,2007,11(4):331-334.。

磁链观测器原理
磁链观测器是一种用于测量磁场的仪器。

它的原理是基于法拉第电磁感应定律，即当磁通量通过一个线圈时，它会在该线圈中产生一个感应电动势。

磁链观测器的核心部件是一个磁环，磁环内包含一个线圈，线圈的两端连接着一个灵敏度极高的测量仪器，可以测量线圈中的电压变化。

当磁链通过线圈时，线圈中的电荷会发生变化，从而产生一个感应电动势，这个电动势的大小与磁链的变化有关。

通过测量线圈中电压变化的大小，可以计算出磁链的大小。

磁链观测器广泛应用于研究磁场，在物理、化学、地球科学、医学等领域都有重要的应用。

比如，在医学领域中，磁链观测器被用于记录和分析人体脑部的磁场，以便研究脑电活动。

在地球科学中，磁链观测器可用于研究地磁场的变化，以及地震活动的预测。

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