下载文档原格式
浅析永磁同步电机控制策略【摘要】近年来，永磁同步电机凭借其体积小、损耗低、效率高等优点，被广泛应用于各种生产实践中。
与此同时，对永磁同步电机的控制研究也得到了广泛的重视。
本文就永磁同步电机的控制策略做出简单阐述，对比其优缺点，分析永磁同步电机控制侧率的发展方向。
【关键词】永磁同步电机;恒压频比开环控制;矢量控制;直接转矩控制1.引言近年来，随着电力电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。
永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。
因此。
这里对永磁同步电机的控制策略进行综述，并介绍了永磁同步电动机控制系统的各种控制策略发展方向。
2.永磁同步电机的数学模型永磁同步电机（PMSM）的永磁体和绕组，绕组和绕组之间的相互影响，电磁之间的关系十分复杂，由于磁路饱和等非线性因素，建立精确的数学模型是很困难的。
为了简化PMSM的数学模型，我们通常作如下的假设：（1）磁路不饱和，电机电感不受电流变化影响，不计涡流和磁滞损耗;（2）忽略齿槽、换相过程和电枢反应的影响;（3）三相绕组对称，永久磁钢的磁场沿气隙周围正弦分布;（4）电枢绕组在定子内表面均匀连续分布;（5）驱动二极管和续流二极管为理想元件;（6）转子磁链在气隙中呈正弦分布。
对于永磁同步电机来说，即用固定转子的参考坐标来描述和分析其稳态和动态性能是十分方便的。
此时，取永磁体基波励磁磁场轴线即永磁体磁极的轴线为d轴，而q轴逆时针方向朝前90o电角度。
d轴与参考轴A之间夹角为。
图1为永磁同步电机（PMSM）矢量图。
图1 PMSM空间向量图Fig.1 Space vector diagram of PMSM根据图1所示向量图进行坐标变换，满足功率不变原则，得到在旋转坐标系下PMSM的数学模型方程如下（1）电压方程由三相静止轴系ABC到同步旋转轴系dq的变换得：（1），Rs为定子相电阻，其中：。
基于电力电子技术的新型永磁同步电动机控制技术现代社会对于新能源的需求越来越大，而电力电子技术得到了更好的发展和应用，成为了实现新能源转换的核心技术之一。
在这种背景下，新型永磁同步电动机得到了广泛关注，成为了电力电子技术应用的热门领域之一。
因此，基于电力电子技术的新型永磁同步电动机控制技术已经成为了工业界和学术界热议的话题。
一、新型永磁同步电动机的基础知识新型永磁同步电动机是一种利用同步电机的稳态工作原理和永磁体产生的磁场相互作用，实现能量互变的新型增速电机。
它主要由永磁体、转子、定子等元件组成，最常见的永磁材料为钕铁硼，而电机控制系统则是实现其精度运行所必须的。
与传统电动机相比，新型永磁同步电动机具有更高的效率、更快的响应速度、更小的体积和更广泛的自调节范围等优势。
这种电动机的广泛应用已经成为了电力电子技术领域研究的一个重要方向。
二、电力电子技术在控制新型永磁同步电动机中的应用1.磁场定向控制 (FOC)磁场定向控制是一种目前被广泛应用于新型永磁同步电动机的控制方法。
其核心思想是将电机引入坐标系，并在此基础上进行数学计算，以确定电机转子位置和速度。
FOC通常包括空间矢量脉宽调制技术、PI控制技术等，并采用主动电流反馈来实现二次调节。
该控制方法因其高精度、高响应速度和可调节性被广泛应用于新型永磁同步电动机控制领域。
2.有源功率滤波器控制有源功率滤波器控制技术是基于功率电子器件控制电流共振和电子滤波器控制电压共振的一种高级励磁方法。
其核心原理是将电子滤波器和整流电路结合起来，将滤波电容的电流作为反馈信号输入到PWM伺服电机控制系统中，通过高精度控制产生反向电磁场，以减小电路噪音和电磁干扰。
该方法在较重负载状态下，可以有效提高新型永磁同步电动机的能量转换效率以及音响指数等性能。
三、新型永磁同步电动机控制技术的应用领域新型永磁同步电动机控制技术的应用领域非常广泛，其应用包括但不限于以下几个方面：1.工业成套设备新型永磁同步电动机可以在各种工业设备中发挥其高效、高适应性和柔性等优势。
磁场定向矢量控制技术按照获得磁链的不同方式大致可分为两种:直接和间接方式。
直接方式的实现依赖于直接测量或对转子，定子，气隙磁链矢量的幅值和位置的估算。
传统的直接矢量控制策略使用检测线圈，具有抽头的定子绕组或霍尔效应传感器对磁通进行检测，但由于电机结构或散热的需要就会产生一定的限制，但随着目前高速DSP的不断面世，在一个PWM周期内，实现负载的控制及磁链估算应成为可能，所以近年来基于磁链观测器的直接方式由重新得到了人们的重视。
而间接方式则使用电动机模型，例如对于转子磁通定向控制，它利用了固有的转差关系。
与直接的方法相比，间接方式对电机参数有较高的依赖性。
多数场合使用间接策略，因为这会使硬件电路相对简单并且在低频下也具有较好的总体性能，但是由于包含了会随着温度，饱和度和频率变化而变化的电机参数，所以需要研究不同的参数自适应策略。
如果从选择的磁链矢量分类的话，磁场定向矢量控制技术一般可分为三种，即气隙磁场定向控制，定子磁场定向控制，转子磁场定向控制。
1. 气隙磁场定向控制方案。
气隙磁场的定向控制是将旋转坐标系的M轴定向于气隙磁场的方向，此时气隙磁场的T轴分量为零。
如果保持气隙磁通M轴分量恒定，转矩直接和T轴电流成正比。
因此，通过控制T轴电流，可以实现转矩的瞬时控制，从而达到控制电机的目的。
2. 定子磁场定向控制方案。
定子磁场定向的控制方法，是将旋转坐标的M 轴放在定子磁场方向上，此时，定子磁通的T轴分量为零。
如果保持定子磁通恒定，转矩直接和T轴电流成正比，从而控制电机。
定子磁场定向控制使定子方程大大简化，从而有利于定子磁通观测器的实现。
然而此方案在进行磁通控制时，不论采用直接磁通闭环控制，还是采用间接磁通闭环控制，均须消除耦合项的影响。
因此，需要设计一个解耦器，对电流进行解耦。
3. 转子磁场定向控制方案。
转子磁场定向的控制方法是在磁场定向矢量控制方法中，将M,T坐标系放在同步旋转磁场上，将电机转子磁通作为旋转坐标系的M坐标轴。
永磁同步电机的降本增效方法
一、优化电机设计：
1. 选用合适的材料：选择高性能的永磁材料，如钕铁硼（NdFeB）磁体，具有高磁能积和良好的热稳定性，能够提高电机的磁能转换效率。
2. 提高电机的绕组设计：采用适当的绕组形式和电机结构，减小绕组电阻和漏阻抗，降低电机的电阻损耗和铜损耗。
3. 优化电机的磁路设计：通过改变磁路结构、增加磁路截面积等方式，减小磁路的磁阻，提高电机的磁能利用率。
二、改进控制策略：
1. 采用高效的磁场定向控制（FOC）策略：FOC是一种基于电流控制的控制策略，能够实现电机磁场的精确控制，提高电机的效率和响应速度。
2. 应用先进的最大转矩控制（MTC）算法：MTC算法能够实现在不同负载条件下，使电机输出最大转矩，提高电机的输出功率和转矩密度。
3. 采用预测控制策略：预测控制策略能够根据电机的工作状态和负载特性，预测电机的转速和转矩需求，从而优化控制策略，提高电机的效率和动态响应性。
三、应用新技术：
1. 采用无感应传感器技术：无感应传感器技术能够实现对电机位置和转速的无接触测量，减少传感器的使用和维护成本，提高系统的可靠性和降低成本。
2. 应用智能控制技术：通过引入人工智能、模糊控制、神经网络等技术，对电机的工作状态进行智能化分析和控制，优化电机的运行效率和能耗。
通过优化电机设计、改进控制策略和应用新技术等方法，可以有效降低永磁同步电机的成本，并提高其效率和性能。
这些方法在实际应用中具有一定的可行性和可操作性，能够为永磁同步电机的降本增效提供有效的解决方案。
永磁同步电动机控制策略综述1 引言近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。
永磁同步电动机具有体积小，损耗低，效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。
因此，这里对永磁同步电机的控制策略进行综述，并介绍了永磁同步电动机控制系统的各种控制策略发展方向。
2 永磁同步电动机的数学模型当永磁同步电动机的定子通入三相交流电时， 三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。
由三相交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场，一方面切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势； 另一方面以电磁力拖动转子以同步转速旋转。
电枢电流还会产生仅与定子绕组相交链的定子绕组漏磁通， 并在定子绕组中产生感应漏电动势。
此外，转子永磁体产生的磁场也以同步转速切割定子绕组，从而产生空载电动势。
为了便于分析，在建立数学模型时，假设以下参数[2-3]：② 忽略电动机的铁心饱和；②不计电机中的涡流和磁滞损耗；③定子和转子磁动势所产生的磁场沿定子内圆按正弦分布，即忽略磁场中所有的空间谐波；④各相绕组对称，即各相绕组的匝数与电阻相同，各相轴线相互位移同样的电角度。
在分析同步电动机的数学模型时，常采用两相同步旋转（d ，q ）坐标系和两相静止（α，β）坐标系。
图1 给出永磁同步电动机在（d ，q ）旋转坐标系下的数学模型[4]。
(1) 定子电压方程为：d d d q f u p ri ψψω=+- （1） q q q d f u p ri ψψω=++ （2）式中：r 为定子绕组电阻；p 为微分算子，p=d/dt ；d i ，q i 为定子电流；d u ，q u 为定子电压；d ψ，q ψ分别为磁链在d ，q 轴上的分量；f ω为转子角速度（ω=f ω p n ）；p n 为电动机极对数。
(2)定子磁链方程为：d d d f L i ψψ=+ （3）q q q L i ψ= （4）式中：f ψ为转子磁链。
永磁同步电机工作原理及控制策略永磁同步电机的工作原理是基于电磁感应定律和磁场力的作用。
其核心部分是由定子和转子组成的。
定子包含绕组，带有若干个相位的线圈，而转子则是由永磁体组成。
当定子绕组通过电流时，产生的磁场会与转子的永磁体产生相互作用，从而产生力矩。
通过极性的切换和稳定的控制，可以实现转矩和速度的调节。
永磁同步电机的控制策略主要包括转矩控制和速度控制两种。
转矩控制是通过改变定子电流的大小和相位来控制电机输出的转矩。
一种常见的转矩控制方法是矢量控制，即将电机的电流矢量旋转到与转子磁场矢量相对齐，从而实现最大转矩输出。
在转矩控制中，还可以采用感应电压控制、直接扭矩控制等方法，具体选择哪种方法取决于应用的具体要求。
速度控制是通过调节输入电压的大小和频率来控制电机的转速。
可以采用开环控制和闭环控制两种方法。
开环控制是根据速度需求提供恰当的电压和频率给电机，但不能调节电机的转矩。
闭环控制则通过添加速度反馈，将实际速度与设定速度进行比较，再调整电压和频率输出，实现电机转速的精确控制。
在永磁同步电机的控制中，还常常使用了空间矢量调制（Space Vector Modulation，SVM）技术。
SVM是通过将三相AC电压转换成恰当的电压矢量，控制定子电流的大小和相位。
这种技术可以提高电机的效率、减少电流谐波和噪音，并改善电机的动态性能。
总结起来，永磁同步电机的工作原理是利用磁场力的作用实现高效的电动机转矩和速度调节。
其控制策略包括转矩控制和速度控制，通过改变电机的电流、电压和频率来实现精确的控制。
在控制过程中，SVM技术可以提高电机的效率和动态性能。
随着科技的进步和电机控制技术的发展，永磁同步电机在各个领域的应用将会越来越广泛。
永磁同步发电机弱磁控制策略的研究邓建国;蔡亚辉;黄守道;张洪彬【摘要】本文在转子磁链定向矢量控制的研究基础上,提出了一种基于直轴电压外环PI调节器的弱磁控制策略来解决永磁同步发电机PMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator)在高速运行、负载增加时,交轴电枢反应增大使得发电机输出端线电压幅值超出直流母线电压这一问题,并引入电流前馈调节环节,削弱系统扰动对控制性能的影响.最后,对本文所提的控制算法进行仿真及实验验证,证明了所有控制策略的有效性.【期刊名称】《大电机技术》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P7-10)【关键词】永磁同步发电机;弱磁控制;直轴电压外环;电流前馈调节【作者】邓建国;蔡亚辉;黄守道;张洪彬【作者单位】湖南大学国家电能变换与控制技术研究中心,长沙410082;湖南大学国家电能变换与控制技术研究中心,长沙410082;湖南大学国家电能变换与控制技术研究中心,长沙410082;湖南大学国家电能变换与控制技术研究中心,长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TM3510 前言永磁同步发电机（PMSG）以其构造简单、体积小、重量轻、高效率和可靠性的优点，广泛用于各工业领域[1]。
永磁同步电机的控制策略有多种，在额定转速下，一般采用控制。
然而对于某些特定场合，系统对电机调速范围有了更高的要求，有时需运行在额定转速以上。
针对此种情况，需要采取弱磁控制来提高电机转速。
弱磁控制目前广泛用于永磁电动机调速系统中，在电动机端电压达到逆变器直流侧最大值后，通过减弱电动机磁场使电机转速升高，可以使电机运行在额定转速以上，从而满足恒功率控制和宽调速范围运行。
基于弱磁扩速的基本思想，学者们提出了许多控制策略用来改善弱磁控制性能，如六步电压法，自适应弱磁控制法等[2, 3]。
然而针对永磁发电机系统的弱磁控制研究的相关文献却比较少。
本文从永磁同步发电机的数学模型出发，在双闭环矢量控制的基础上提出了直轴电压外环PI调节器弱磁控制策略，并引入电流前馈调节环节来改善电机控制性能。
