三相感应异步电机在弱磁区的电流解耦控制

异步电机弱磁区转矩最大化策略摘要异步电机因其结构简单、控制方便及其鲁棒性，使其在电机驱动系统中占据重要的地位。

异步电机一个非常重要的应用是在高速区，比如机床、主轴驱动和牵引驱动中，这就要求异步电机在整个运行区域内都能获得高转矩，实现高性能控制。

电动汽车运行过程中频繁的启停、加减速等各种复杂工况的相互切换对异步电机的控制提出更高的要求，既要适应稳态运行，又要兼顾动态需求。

本文针对异步电机弱磁区的控制进行了深入的分析和研究。

本文首先讨论了异步电机矢量控制系统的基本原理。

将三相A-B-C坐标系下具有非线性、多参量、强耦合、高阶时变微分方程的电机模型转化到两相d-q 同步旋转坐标系下，完成对复杂数学方程的简化，实现磁链与转矩的解耦，方便系统的分析和控制。

之后，本文讨论了异步电机运行过程中发生过压、过流、过载时的电压、电流限制方法，并根据电机运行约束条件将电机运行划分为三个区域，根据三个区域的不同特点，提出了能同时适应弱磁区稳态运行和瞬态波动，实现转矩最大化的控制策略。

在弱磁区，充分利用电机和逆变器电压、电流容限，无需d轴电流控制器，通过控制定子电流转矩分量，稳定异步电机高速失步状态，实现稳态工作时转矩最大化。

当电机工作在最大电压的动态需求时，根据速度波动的大小输出一个旋转角，旋转定子电压矢量，产生瞬态电压边缘，确保驱动系统的迅速响应。

同时分析整个驱动系统的能量流动和损耗发生，考虑铁损对电机运行全区域的影响，尤其是在弱磁区，引入铁损补偿机制，提高系统的响应和转矩输出能力，从而提高电机的工作效率。

最后，在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型，并在LEVDEO电动汽车专用72V/5KW交流异步电机上测试。

仿真和实验证明，该控制系统能实现异步电机弱磁区转矩最大化，能同时适应稳态运行和瞬态波动，具有很强的鲁棒性。

关键词：异步电机, 弱磁区, 转矩最大化, 瞬态响应, 铁损Torque-maximizing field-weakening control of induction motorsAbstractThe induction motor plays an important role in variable drive systems, which owes to its simple construction, convenient control and ruggedness. Operation at field weakening is required for applications like machine tools, spindle drives and traction drives. So i t’s necessary for induction motor to obtain high torque and achieve high performance in all ranges. Frequent start-stop, accelerate-decelerate and many other complicated situations often occur in electric vehicle, which calls for higher demands to the control system. We should consider both the steady-state and transient requirement. The paper focuses on the key control techniques of high drives for induction motors.Firstly, the paper discusses the basic principles of vector control for induction motor. In A-B-C coordinate system, the motor model equations are series of multi-variable, nonlinear, strong-coupling, high-order, and time-varying differential equations. So we transform the three-phase static coordinate system to d-q coordinate system, which realizes the decoupling between the flux linkage and torque, brings convenience to the analysis and control of the system.Then, the paper discusses the limiting methods when over-current, over-voltage, over-load occurs. The current and voltage limiting conditions permit defining three different operating regions. Based on the different characters of three regions, we present the control scheme. The proposed method fully exploit the machine and converter capabilities without the use of d-axis current controller. Maximum torque production in a higher speed range of field weakening is achieved by stabilizing the operating point at the pullout point through the q-axis component of the current applied across the stator. Operation at the voltage limit to dynamic changes, a temporary voltage margin is therefore created in a dynamic condition by deviating the trajectory of stator voltage vector which improves the transient response of the system. Iron losses, which are traditionally ignored in the vector control scheme, increase rapidly in the high speed ranges and affect the magnitude of rotor flux and outputtorque. The compensation of iron losses is necessary to ensure the torque maximized and promote the work efficiency of induction motor.Lastly, the paper builds up the model in MATLAB/Simulink and tests on the LEVDEO 72V/5KW induction motor. Simulation and experiments results prove that the proposed scheme provides good performance on the steady-state and transient，get the torque maximized in the field weakening ranges.KEY WORDS:Induction Motor, Field Weakening, Maximum Torque, Dynamic Requirement, Iron Loss目录第一章绪论 (1)1.1 课题研究背景与意义 (1)1.2 异步电机弱磁区控制研究现状 (2)1.3 本文提出的异步电机弱磁区控制策略 (3)第二章异步电机数学模型及矢量控制系统 (4)2.1 三相坐标系下数学模型 (4)2.2 两相坐标系下数学模型 (6)2.2.1 三相转两相坐标变换 (6)2.2.2 任意两相旋转坐标系下数学模型 (7)2.2.3 两相静止坐标系下数学模型 (8)2.2.4 两相同步旋转坐标系下数学模型 (10)2.3 异步电机转子磁场定向控制 (10)2.4 本章小结 (12)第三章异步电机运行约束分析 (14)3.1 异步电机电流约束 (14)3.2 异步电机电压约束 (14)3.3 异步电机运行区域划分 (16)3.3.1 定子电阻对电压限制的影响 (16)3.3.2 电机运行区域的划分 (17)3.4 本章小结 (18)第四章异步电机弱磁区转矩最大化策略 (19)4.1 弱磁区稳态转矩最大化策略 (19)4.1.1 弱磁一区控制策略 (19)4.1.2 弱磁二区控制策略 (20)4.2 基于瞬态响应的鲁棒性设计 (23)4.3 考虑铁损的补偿机制 (24)4.3.1 驱动系统损耗分析 (24)4.3.2 考虑铁损的补偿方案 (25)4.3.3 等效铁损电阻的测量 (28)4.4 整体控制架构 (30)4.5 本章小结 (30)第五章仿真及实验分析 (31)5.1仿真研究 (31)5.1.1 仿真模型概况 (31)5.1.2 考虑瞬态响应的控制仿真 (34)5.1.3 考虑铁损补偿的控制仿真 (35)5.2 实验研究 (37)5.2.1 系统硬件测试平台 (37)5.2.2 系统软件测试平台 (39)5.2.3 瞬态响应系统测试 (42)5.2.3 铁损补偿机制系统测试 (42)5.3 本章小结 (43)第六章总结与展望 (44)参考文献 (45)作者简介 (48)致谢 (49)图表清单图2.1 A-B-C坐标系下的异步电机等效物理模型 (4)图2.2 3s-2s变换 (6)图2.3 2s-2r变换 (7)图2.4 异步电机T e- s曲线 (12)图3.1 定子电流参考矢量限制 (14)图3.2 定子电压参考矢量限制 (15)图3.3 电机全运行范围内的约束条件及R s对电压限制的影响 (16)图3.4 异步电机全运行区域内的参数特性 (18)图4.1 弱磁一区控制策略 (19)图4.2 高速时编码器信号图 (20)图4.3 失步转矩T ep示意图 (21)图4.4 不同工作区域的视在功率轨迹 (21)图4.5 弱磁二区控制策略 (22)图4.6 瞬态响应机制控制框图 (24)图4.7 驱动系统的能量转换和损耗分析 (24)图4.8 考虑铁损的异步电机等效电路 (26)图4.9 铁损补偿机制控制框图 (28)图4.10 异步电机T型等效电路 (29)图4.11 P′-V s2曲线 (29)图4.12 考虑暂态响应的异步电机弱磁区转矩最大化控制架构.. 30 图5.1 仿真模型整体结构 (31)图5.2 MotorControl模块图 (32)图5.3 FOC模块图 (32)图5.4 Motor模块图 (33)图5.5 仿真模型中异步电机参数 (33)图5.6 考虑瞬态响应的仿真模型 (34)图5.7 角度补偿对速度阶跃命令的瞬态响应仿真 (34)图5.8 角度补偿前后的电角度示意图 (35)图5.9 考虑铁损补偿机制的仿真模型 (36)图5.10 铁损补偿对速度的影响仿真图 (36)图5.11 铁损补偿对转矩、转子磁链影响仿真图 (37)图5.12 硬件测试平台 (37)图5.13 控制系统模型框架 (39)图5.14 底层程序框架 (41)图5.15 监控设备 (41)图5.16 角度补偿前后速度响应实验图 (42)图5.17 铁损补偿前后电机外特性曲线实验图 (43)表5.1 实验用控制器技术参数表 (38)表5.2 实验用异步电机参数表 (38)表5.3 电涡流测功机参数表 (39)第一章绪论1.1 课题研究背景与意义传统汽车所带来的尾气污染和能源减少使其发展受到严重阻碍，新能源汽车已逐渐成为世界汽车领域的发展方向。

专利名称：异步电机的解耦控制方法及装置专利类型：发明专利
发明人：李季,张晓菲,王颜章,李湘,全威,李玮恒申请号：CN202011120769.9
申请日：20201019
公开号：CN112260600A
公开日：
20210122
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种异步电机的解耦控制方法及装置。

其中，该方法包括：确定异步电机的复矢量模型的被控对象的第一复矢量传递函数；将异步电机的运行参数引入到复矢量模型的被控对象，生成具有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；确定第二复矢量传递函数的预定参数，其中，预定参数下的第二复矢量传递函数的复数零点与第一复矢量传递函数的极点对消；通过复矢量解耦控制器对异步电机的被控对象进行控制。

本发明解决了相关技术中采用高性能的电机控制策略获得转矩和速度的快速响应容易使得矢量控制等高性能控制算法动态性能下降，导致电机控制性能变差的技术问题。

申请人：珠海格力电器股份有限公司
地址：519070 广东省珠海市前山金鸡西路六号
国籍：CN
代理机构：北京康信知识产权代理有限责任公司
代理人：周春枚
更多信息请下载全文后查看。

第35卷第10期2007年 10月华中科技大学学报(自然科学版J.H uazhong U niv.o f Sci.&T ech.(N ature Science Editio nV ol.35N o.10 O ct. 2007收稿日期:2006-07-20.基于电流解耦的异步电机V/F 控制补偿方法罗慧王庆义尹泉万淑芸(华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉430074摘要:针对异步电机恒压频比(V/F控制低速性能不理想的问题,提出了一种新颖的定子电阻压降的补偿方法.该方法在对定子电流进行解耦的基础上,根据异步电机低频运行时简化的等值电路和矢量图,采用一种基于力矩电流的标量补偿方法对定子电阻压降进行补偿,并结合转差频率补偿,以实现电机低频时的自动转矩提升.该方法有效改善了异步电机V/F 控制时的低速性能,保证低频运行时依然能获得额定磁通和相应的转矩.基于Saber 软件的仿真结果表明:采用补偿方法后,电机能够带额定负载稳定运行在2H z 工况下,电机的带负载能力有明显的提高,补偿后的机械特性略有上扬.关键词:异步电机;恒压频比控制;转差频率补偿;定子电阻压降补偿;定子电流解耦中图分类号:T M 301.2 文献标识码:A 文章编号:1671-4512(200710-0060-04A study on compensation of the V/F controlled induction motordrives based on decoupled stator currentL uo H ui Wang Qiny i Yin Quan Wan S huy un(Department of Co ntr ol Science and Engineering ,H uazhong U niversity o fScience and T echno lo gy ,Wuhan 430074,ChinaAbstract :A novel compensation metho d for the current -resistant stator voltage drop is presented in the paper to improve the perform ance o f the V/F controlled induction motor drives.Accor ding to the simplified per phase equivalent cir cuit and vector diag ram of inductio n mo to r in low frequency ,the slip frequency and current -resistant stator voltage dr op are estimated and compensated based on flux and to rque co mpo nent of the stator current in the rotor -flux oriented reference frame to bo ost the torque and keep the stato r flux constant.T he compensation m ethod can im pro ve the per for mance of the V/F controlled inductio n m otor drives in low frequency reg ion.The sim ulation result show s that,by using the proposed method,the speed can be contro lled dow n to 2H z w ith full load torques.Key words :induction mo to r;V/F (voltage/frequency control;slip com pensation;stato r resistancecompensation;stator curr ent decouple与矢量控制[1~3]相比,恒压频比(V/F控制具有简单、可靠、低成本等优点,在交流调速领域得到广泛的应用.但是传统的V/F 控制在低频运行时,由于受到定子电阻压降、转差频率和死区等因素的影响,会导致气隙磁通幅值变小、电机带负载能力差、稳态精度低等问题.本文提出了一种新颖的基于定子电流解耦的补偿方法,可有效地改善异步电机V/F 控制时的低速性能.基于Saber平台的半物理仿真结果证明,采用该补偿策略可以获得良好的低速带负载能力.1 整体控制方案本文提出的整体方案如图1所示.系统在传统V/F 控制的基础上加入了3种补偿:转差频率补偿、定子电阻压降补偿和死区补偿[4].图1系统整体结构框图图1中,X*r是给定转子转速;^X sl是估算的转差频率;X e是同步角频率;T^e是估算转矩;i s d和i s q分别是励磁电流和力矩电流;E*s是定子反电动势的给定值;U b 是补偿电压;H e是同步角;U s 和I s分别是定子电压矢量和定子电流矢量;U*s A 和U*s B分别是给定电压的静止坐标系轴分量.2转差频率补偿异步电机运行时,为了产生足够的转矩以驱动负载,必须产生转差频率X sl.额定工况时,转差频率约为额定频率的1%到5%.V/F控制时,电机若运行在中高频率段,与同步频率X e相比,则转差频率X sl很小,可以忽略不计;电机若运行在低频率段,转差频率X sl与同步频率X e相比,则转差频率X sl不能被忽略,必须进行补偿,否则电机带载启动时会堵转.本文在分析电机动态模型的基础上,提出了一种基于估算转矩T^e和励磁电流i s d的转差频率补偿策略.在转子磁场定向的同步旋转d-q坐标系内,转差频率X sl和电磁转矩T e之间的关系可表示为T e=(n p/R rL2m i2s d X sl,式中:n p为极对数;R r为转子电阻;L m为互感.由此,转差频率估算值^X sl可以表示为^X sl=T e R r/(n p L2m i2s d.为估算转差频率^X sl,还需要估算电磁转矩T e和励磁电流i s d.电磁转矩估算值T^e=(3n p/ 2(W s A i s B-W s B i s A,式中i s A,i s B和W s A,W s B分别为定子电流和定子磁链在静止A-B坐标系中的投影量,W s A=Q(u s A-R s i s Ad t,W s B=Q(u s B-R s i s Bd t,其中:R s为定子电阻;u s A,u s B为定子端电压在静止A-B坐标系中的投影量.为了克服纯积分的直流漂移问题,采用文献[5]提出的基于坐标变换的双限幅积分器.要将定子电流解耦为励磁电流i s d和力矩电流i s q,必须将同步旋转d-q坐标的d轴定向在转子磁链矢量W r上.为了估算转子磁链角H Wr的正、余弦值,先要估算转子磁链W r A=(L r/L m[W s A-R L s i s A];W r B=(L r/L m[W s B-R L s i s B],式中:L s和L r分别为定子电感和转子电感;漏感系数R=1-L2m/(L s L r.然后就可估算转子磁链角H Wr的正、余弦值:co s H Wr=W r A/(W2r A+W2r B1/2;sin H Wr=W r B/(W2r A+W2r B1/2.定子电流i s A,i s B经过Park变换,就可求出励磁电流i s d和力矩电流i s q,即i s d=i s A co s H Wr+i s B sin H Wr;i s q=-i s A sin H Wr+i s B cos H Wr.求出T^e和i s d后,就可以估算出^X sl.由于V/ F控制属于开环控制,对快速性要求不高,因此对所有的直流量,如T^e,i s d,i s q和^X sl都引入了低通滤波器,以消除高频抖动.3定子电阻压降补偿通常有两种补偿定子电阻压降的方法:矢量补偿和标量补偿.矢量补偿是按照物理量之间的三角关系来计算定子电压给定值的[6],从幅值和相角两方面来修正定子电压.矢量补偿虽然准确,但是定子电流矢量和定子电压矢量之间的夹角不易获得,且计算复杂,难以实现.标量补偿只修正定子电压矢量的幅值,即U s=E*s+U b,式中:E*s 是定子反电动势的给定值,由频率给定值和压频比相乘产生;U b是电压幅值的补偿量,通常令U b=I s R s.但工程实践表明这种补偿方法容易导致磁通饱和,电流增大,而电机的带负载能力没有明显提高,尤其当负载突降时,定子磁通饱和现象更明显,所以这种标量补偿策略容易导致过补偿.本文提出了另外一种新颖的标量补偿策略,即U s=E*s+U b=E*s+R s i s q,式中i s q是定子电流解耦后的转矩电流.由于当磁#61#第10期罗慧等:基于电流解耦的异步电机V/F控制补偿方法链恒定时,转矩电流与负载转矩成正比,即T e =n p (L m /L r W r i s q ,因此这种基于转矩电流的补偿方法是一种前馈补偿.图2(a是异步电机的单相等值电路,图2(b图2 异步电机等值电路和矢量图是同步旋转坐标系内对应的矢量图[7,8],d 轴位于转子磁链矢量W r 上.当电机运行在极低的频率时,转子漏感对应的反电动势E r l 很小,可忽略不计,所以图2可以简化为图3.图3(a为异步电机低频运行时单相等值电路图,图3(b为简化后的电路和矢量图.由图3(b可见,气隙反电动势图3 异步电机低频运行时简化后的等值电路和矢量图E m 与转矩电流i sq 同向,所以采用本文所提出的定子电阻压降补偿策略,可以直接补偿气隙反电动势E m ,从而保证气隙磁链恒定.4 仿真结果利用Saber 软件对上述方案进行了半物理系统仿真.仿真所用的电机参数为:额定功率2.2kW,4极,50H z,线电压380V,定子电阻2.8048,转子电阻2.1788,定子自感330mH ,转子自感330m H ,定转子互感319.7m H ,转动惯量0.03kg #m 2.首先,对传统的V/F 控制策略进行了仿真.图4是给定频率为2H z 、电机带额定负载15N #m 启动的仿真结果.由图4可知,转子角速度稳定在0.019rad/s,接近于零,分析原因如下:电机的额定磁通约为1Wb,而低频时磁通降低到约0.5Wb,如图4所示,仅为额定磁通的50%.因为,电机的输出转矩为磁通矢量与电流矢量的叉乘,所以仅采用传统的V/F 控制策略,无法获得理想的低速带负载能力.图4 传统V/F 控制时,电机带额定负载运行(给定频率2H z仿真波形但经过一个周期的调节,磁通幅值很快又回复到额定值,转子转速稳定在7.8r ad/s(即2.48H z.仿真结果表明:采用本文提出的补偿方法后,即使目标频率为2H z,电机也能够带额定负载稳定运行,电机的带负载能力有明显的提高,补偿后#62# 华中科技大学学报(自然科学版第35卷图5采用本文提出补偿方法的V/F控制时,电机带额定负载运行仿真波形的机械特性略有上扬.总而言之,该方法具有调速范围广,输出转矩大、实现简单等优点.参考文献[1]Blaschke F.T he principle of field or ientatio n as a p-plied to the new tr ansv ecto r clo sed loo p contro l sys-tem fo r r otating-field machines[J].Siemens Review, 1972,34(5:217-220.[2]闵松,罗慧,万淑芸.基于有监督单神经元的交流调速控制算法研究[J].华中科技大学学报:自然科学版,2002,30(10:72-74.[3]赵金,万淑芸,何顶新.基于模糊逻辑的感应电动机直接矢量控制系统[J].华中科技大学学报:自然科学版,2004,32(6:49-51.[4]L eg g ate D,K erkman R J.P ulse based dead t imeco mpensator for PW M voltage inver ters[J].IEEE T r ans Ind Electronics,1997,44(2:191-197.[5]H u J,Wu B.New integr atio n algo rithms fo r estima-t ion mot or flux over a w ide speed range[J].IEEE T r ans Po wer Electron,1997,13(5:969-977. [6]A lfr edo M G,Lipo T A,No vot ny D W.A new in-duct ion mo tor V/F contro l method capable of hig h-per for mance regulation at low speeds[J].IEEE T r ans Ind A pplicat,1998:34(4:813-821.[7]Bo se B K.M odern pow er electr onics and A C drives[M].Beijing:China M achine P ress,2002.[8]陈坚.交流电机数学模型及调速系统[M].北京:国防工业出版社,1991.#63#第10期罗慧等:基于电流解耦的异步电机V/F控制补偿方法。

感应电机在弱磁区的电流解耦控制研究刘军锋,李叶松(华中科技大学控制科学与工程系,湖北武汉430074)摘要:为了实现感应电机的宽范围调速,针对按转子磁场定向时,d,q 轴电流的耦合效应,引入复平面矢量分析法,建立了感应电机的电压)电流矢量模型,分析了同步旋转PI 控制器在解耦方面的不足,提出了评价耦合强度的频率函数。

在复数传递函数的基础上,提出了一种电流矢量控制器,该控制器在确定系数后,无需电机参数,就可在宽调速范围内实现电流解耦控制。

实验结果证明了该方法的有效性和正确性。

关键词:感应电机;弱磁控制;电流控制;解耦控制中图分类号:T M 346 文献标识码:AResearch for C urrent Decoupling Control of Induction Motor in Field -weakening RegionL IU Jun -feng ,L I Ye -song(D ep ar tment o f Co ntr ol Science and Eng ineer ing ,H uaz hong Univer sity of Science andT echnology ,W uhan 430074,H ubei,China)Abstract:In order t o implement the speed regulation in a w ide r ang e,the complex v ecto r analysis method was intr oduced aimed to the cr oss co upling of d,q ax is curr ent o f induction moto r based on ro tor flux o rienta -tion.T he vo ltag e -cur rent vecto r model w as established.T he lack o f decoupling of synchronous fr ame PI con -tr oller was ana lyzed.A fr equency function w hich is used to ver dict stiffness o f coupling was pr esented.A cur -r ent v ect or co nt roller w as pr esented based o n complex tr ansfer function.Decoupling co nt rol of cur rent in a wide speed range can be realized dispensing w ith motor parameter s after the contr oller coefficients ar e deter -mined.T he va lidity of this method has been appro ved by ex perimental results.Key words:inductio n mo tor;field -w eakening co nt rol;curr ent co ntr ol;deco upling contr ol作者简介:刘军锋(1979-),男,博士后,Email:saviola_ljf@1 引言当前,采用矢量控制技术即磁场定向技术的全数字感应电机交流调速系统已广泛应用于诸多领域。

三相异步电动机解耦控制仿真摘要： 关键字：引言异步电动机具有结构简单、制造容易、功率容量大、维护工作量小等优点，但要获得良好的动态性能却比直流电动机困难得多，随着科学技术的发展，交流传动取代直流传动已经成为不争的事实。

本文论述了电力传动系统的根本控制规律，推导了异步电动机按转子磁链和按定子磁链定向的动态数学模型，根据模型的特点，分析了矢量控制与直接转矩控制两种高动态性能交流调速系统的控制方法。

2 三相异步电动机的耦合3 三相异步电机解耦控制传递函数状态数学模型（1）三相静止坐标系到同步旋转坐标系下的转换矩阵VR ，即⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡++=21 21 21)32sin(- ) 32-sin(- sin -) 32cos( )32-cos( cos θπθθπθπθθVR 其反变换矩阵VR -1为⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡++-=- 132sin 32cos 132sin 32cos 1sin cos 1ππ) (θ - ππ) (θ π) (θ-π) (θ θ θ VR)(000000002121111122112211q d d q m n d d d d m m m m q d q d i i i i L P T i i i i L L L L L L L L -=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙∙∙∙φφφφ)()())()( )()(1221112 2 21 1 1 221 12 1 12 2 21 221 2 2 221 212212211+⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛∙⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----------=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙∙∙∙∙∙∙∙-∙-∙-∙-∙∙-∙-∙-∙-q d q d m m m mm m m m mm m m m q d q d i i i i L R L L L L R L L L L L L R L L L R L R L L L R L L L L R L R L L L L R L L L i i i i ϕλϕλϕλϕλλϕλϕλϕλϕ)(200 00 21211122q d d q q d m m i i L Lm PnT u u L L L L φφ-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫⎝⎛∙⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--为：相应的电机转矩表达式)()()(0)()(0)()( )()()(1221122 221 221 22 21 221 22 221 22 212222221 221 22221 222 212212211+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∙⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙∙∙∙∙∙∙∙-∙--∙---∙--∙--∙∙q d q d m m m m m m m m m m m m m m m q d q d i i L L L L L L L L R L L L L L L L L L L L L L R L L L L L R L L -L L L R L R L L L L R L L L L L L L R -L R L L L i i φφλλλϕϕλϕϕφφ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫⎝⎛∙⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛11220 00 0 00 q d u u L L 转子磁链坐标系（M-T ）下的电机状态方程及转矩表达式：)()()(0)()(0)()( )()()(1022 221 221 22 2m 21 221 22 221 22 2212222221 221 22221 222 21221211∙⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-∙--∙---∙--∙--∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙L L L L L L L L R L L L L L L L L L L L L L R L L L L L R L L -L L L R L R L L L L R L L L L L L L R -L R L L L i i m m m mm m m m m m m m m m m m m t m λλλϕϕλϕϕφ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛∙∙0211m t m i i φ+∙⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛0 00 0 00 22L L ⎪⎪⎭⎫⎝⎛11t m u u 式中221222221221-m m nt m m m it L L P T i L LmRm L R i L L φθϕλλλφφ===-=∙∙∙∙∙∙：。

感应电机弱磁区最大转矩输出的控制策略研究樊生文;李睿智;周鹏【摘要】针对感应电机采用传统弱磁方法不能实现最大转矩输出,提出了一种全速度范围实现最大转矩输出的电流优化分配控制策略.首先,以最大转矩输出为目标,对电压、电流进行合理分配,得出了理论的最优电流分配原则;然后,以电机运行的实际状态与理论分配相结合,提出了一种电流优化的控制策略;最终,将该方法用于矢量控制系统中,实现了全速度范围的最大转矩输出控制.通过仿真和实验结果证明,该方法可靠、有效且动态响应性能良好.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2018(048)009【总页数】6页(P82-87)【关键词】感应电机;转子磁场定向;弱磁控制;最大转矩输出控制【作者】樊生文;李睿智;周鹏【作者单位】北方工业大学电气与控制工程学院,北京 100144;北方工业大学电气与控制工程学院,北京 100144;北方工业大学电气与控制工程学院,北京 100144【正文语种】中文【中图分类】TP301.6在许多应用中，例如机车牵引、主轴驱动和交流伺服系统，电机需要具有高速运行能力。

在感应电机驱动中，通过弱磁控制很容易实现高速运行能力［1］。

由于受到电压和电流的限制［2］，在弱磁区电机输出的有效转矩减小。

而在电压和电流有限制的情况下，为了充分利用驱动系统的最大转矩能力［3-4］，需要对电压和电流进行最合理的利用。

传统的弱磁法是按照与转子速度成反比的方式设置转子磁通参考值（1/ωr法）［5］。

但是，这种方法由于无法维持足够用以调节指令电流的电压裕度，电机无法在弱磁区产生最大输出转矩。

目前，已经提出了很多解决这一问题的方法［6-8］，但是这些方法也不能完全确保在高速范围内实现最大转矩运行，文献［6］对这一点进行了详细描述。

另一种方法为了能够在整个弱磁区产生最大转矩而对最佳磁通参考值给出了一种解析解法，但是这种方法的充分有效性取决于电机参数的准确性［8］。

本文提出一种全速度范围实现最大转矩输出的电流优化分配控制策略。

三相异步电机弱磁三相异步电机弱磁控制：原理、问题与解决方案一、弱磁控制的原理三相异步电机是一种广泛应用于工业和家庭用电动机的设备。

其工作原理基于电磁感应定律，通过气隙中的磁场与转子电流相互作用产生转矩，从而驱动转子旋转。

在异步电机中，磁场是由电源电压产生的，因此调节磁通也就意味着调节电压。

然而，单独改变磁通是不可能的，因此需要采用弱磁控制来达到调速的目的。

弱磁控制主要是通过调节电机的磁通来达到调速的目的。

当电机转速升高时，反电动势也会随之增加，导致定子电流减小。

此时，如果保持电压不变，则磁通会相应减小，导致电机转速进一步升高。

为了保持电机的转速稳定，可以通过降低电源电压来减小磁通，从而实现弱磁控制。

二、弱磁控制的问题在进行弱磁控制时，电压扩展区域可能存在两个问题：过调制导致的转矩脉动和电压裕度不足导致的电机动态性能下降。

过调制是指电机在低速时产生的转矩脉动过大，这会影响电机的平稳运行。

而电压裕度不足则是指在电机高速运行时，逆变器的母线电压已经达到极限值，无法再继续升高，从而限制了电机的动态性能。

三、解决方案为了解决这些问题，通常会通过降低异步电动机的磁链来实现弱磁控制。

降低磁链可以减小反电动势，从而降低定子电流和转矩脉动。

止匕外，电机的运行状态主要受限于逆变器的母线电压与逆变器所能承受的最大电流。

因此,需要进行相关的技术控制，使电机的运行状态束缚在有限的范围内，同时又能满足转矩和转速的输出需求。

四、总结三相异步电机弱磁控制是电机调速中的一种重要方法。

通过降低电源电压来减小磁通，可以实现电机的调速。

然而，在弱磁控制过程中，需要注意过调制和电压裕度不足等问题，并采取相应的解决方案来提高电机的性能和稳定性。

感应电机弱磁区转矩输出与电流动态性同步提升控制策略摘要：弱磁控制技术是感应电机高速驱动的核心技术之一，传统弱磁方案存在直流母线电压利用率低与电压饱和问题，造成弱磁区感应电机输出转矩不足与电流动态性变差的问题。

为提升弱磁区电压利用率并抑制电压饱和，同步提升弱磁区输出转矩与电流动态性，基于此，对感应电机弱磁区转矩输出与电流动态性同步提升控制策略进行研究，以供参考。

关键词：感应电机;弱磁区;转矩输出;电流动态性;同步提升;控制策略引言目前，实现弱磁控制下交直轴电流给定的在线方法有电压反馈法、在线模型计算法和先验数据查表法。

电压反馈法通过增加一个电压环反馈实现弱磁电流的控制，该方法简单有效，并且不依赖参数，但无法实现最大转矩电压比的控制。

1概述感应电机（inductionmotors,IMs）高速驱动广泛应用于工业生产与日常生活当中，如电动汽车和钻孔机等场合。

在工业加工领域，感应电机高速驱动主要有如下三方面的性能需求：(1)要求尽可能高的最高转速以保证工件加工精度以及工件表面光滑度；(2)尽可能快的加减速性能，以缩短电机达到给定转速的时间，提高生产效率。

(3)优秀的电流动态性能，以使电流快速跟随给定，提升电机的抗扰性能。

针对需求(1)，需要通过弱磁(field-weakening,FW)控制提高感应电机最大运行速度。

然而，弱磁控制不可避免地会造成输出转矩的下降，导致感应电机承载能力下降。

输出转矩的下降会减弱电机的加减速性能，即需求(2)无法被满足。

另一方面，转速的提升导致反电势升高，造成电压裕量的不足，最终会造成电流动态性的下降，即需求(3)无法被满足。

2感应电机弱磁区最大转矩轨迹理论在基于转子磁链定向的矢量控制系统中，感应电机的电压方程可表示为：式中：usd,q为同步旋转坐标系中的d,q轴定子电压分量；isd,q为d,q轴定子电流分量；ωe为同步频率；σ为漏感因子，σ=1-L2m/(LsLr)；Rs为定子电阻；Ls，Lr，和Lm分别为定子电感，转子电感，与互感；λr为转子磁链；p为微分算子。