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内置式永磁同步电机滑模弱磁控制

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第５２卷第３期　２０１８年３月　电力电子技术　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｖｏ１．５２，Ｎｏ．３　Ｍａｒｃｈ　２０１８　

内置式永磁同步电机滑模弱磁控制　

刘光辉，何凤有，吴　翔，王　宇　

（中国矿业大学，电气与动力工程学院，江苏徐州　２２１００８）　

摘要：针对内置式永磁同步电机（ＩＰＭＳＭ）的电感和磁链参数随电流和温度变化对弱磁控制性能的影响问题．　提出了一种基于滑模变结构控制的永磁同步电机弱磁控制策略。该控制策略在采用对电机参数不敏感的电压　反馈弱磁结构的同时，提出了一种滑模弱磁控制调节器结构。通过对该控制器结构的理论分析推出其本质上　是一个非线性变参数积分器。相较线性积分器结构，该控制器结构兼具较快的动态响应速度及较好的稳态性　能。最后通过仿真和实验证明了所提控制策略的可行性和稳定性　关键词：永磁同步电机；弱磁控制；非线性控制；滑模弱磁　中图分类号：ＴＭ３１５　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—１００Ｘ（２０１８）０３—００８２—０４　

Ｆｌｕｘ　Ｗｅａｋｅｎｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｉｏｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　

Ｍｏｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｌｉｄｅ　Ｍｏｄｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　

ＬＩＵ　Ｇｕａｎｇ—ｈｕｉ，ＨＥ　Ｆｅｎｇ－ｙｏｕ，ＷＵ　Ｘｉａｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｙｕ　（Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｗｅｍｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ　２２１００８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｆｌｕｘ　ｌｉｎｋａｇｅ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｉｏｒ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ（ＩＰＭＳＭ）ａｒｅ　ｖｕｌｎｅｒａｂｌｅ　ｔｏ　ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｙ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｓｌｉｄｅ　ｍｏｄｅ　ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ａｖｏｉｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｍｏｔｏｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ￣ｕｎｄｅｄ　ｏｎ　ｆｌｕｘ—　ｗｅａｋｅｎｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｉｔｈ￣ｅｄｂａｃｋ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｂｙ　ａ　ｓｌｉｄｅ　ｍｏｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅ　ｓｌｉｄｅ　ｍｏｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｏｕｇｈ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ａ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ—ｖａｒｉａｎｔ　ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ　ｉｎ　ｅｓｓｅｎｃｅ，ｗｈｉｃｈ　ｅｘｈｉｂｉｔｓ　ｆａｓｔｅｒ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ａｎｄ　ｂｅｔｔｅｒ　ｓｔｅａｄｙ　ｓｔａｔｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｈａｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｌｉｎｅａｒ　ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｈｓ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｔｏ　ｖｅｒｉｆｙ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｃｈｅｍｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ；ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｌｉｄｅ　ｍｏｄｅ　ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｊｅｃｔ：Ｓｕｐｐｏｓｅｄ　ｂｙ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｋｅｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．２０１６ＹＦＣ０６００９０６）　

１　引　言　

ＩＰＭＳＭ以其转矩密度大、弱磁范围宽、运行效　

率高等优点在电力传动领域特别是电动汽车、轨　

道交通等高效电力拖动领域得到越来越多的应　用。但由于ｄ，ｑ轴电感会随电流变化，转子磁链也　

会随温度变化而变化，使得传统ＩＰＭＳＭ的调速性　能受到影响。为解决这一问题，针对电机的参数辨　

识控制策略得到一定发展。但由于离线辨识工作　量大，在线辨识运算复杂等问题．参数辨识的应用　

也受到了一定限制。因此越来越多的学者开始投　入到永磁同步电机参数不敏感控制策略的研究。　

文献［１】提出一种单电流调节器弱磁控制，弱　化了电机弱磁控制对参数的依赖性．并在一定程　

基金项目：国家重点研发计划（２０１６ＹＦＣ０６００９０６）　定稿日期：２０１７—０６—２８　作者简介：刘光辉（１９８８一），男，河南商丘人，硕士，研究方　向为电力电子与电力传动。　

８２　度上优化了双电流调节器弱磁区的动态性能；文　献［２】提出一种通过电压反馈控制电流超前角的弱　

磁方式．提高了弱磁区系统对参数变化的鲁棒性；　

文献『３１提出一种优化的电压反馈弱磁，在一定程　

度上减弱了弱磁区的动态超调问题；文献【４］采用　

一种非线性控制器进行最大转矩电流比（ＭＴＰＡ）　

和弱磁控制，取得了较好的控制效果；文献［５］总　

结了电压反馈弱磁的３种控制方式；文献［６】在电　压反馈控制电流超前角弱磁的基础上加入过调制　

策略，改善了弱磁区的转矩性能。这里在电压反馈　

弱磁控制的基础上，提出一种滑模非线性弱磁控　制方式，并得到了仿真和实验验证。　

２滑模弱磁控制器分析　

为最大程度减小永磁同步电机电流矢量幅　值，以减少电机铜耗，弱磁控制采用文献【７】中以　

ＭＴＰＡ、最大电流圆、最大转矩磁链比（ＭＴＰＦ）为边　

界，稳定运行于最大电压圆曲线或边界曲线上的　内置式永磁同步电机滑模弱磁控制　

弱磁最优路径。实际应用中电机最大电压圆的中　

耋衰　萎　主昊　雪訾　蓄　△ｉ—ｄ＝　ｃｓ　＝　最优运行点主要是在最大电压圆与恒转矩曲线的　一　、　

交点处。如图１中点Ｍ所示　

ｆｓ＝＾ｍａｘ＼　ｌ一　＼＼＼　／／／　

．　

图１最优弱磁运行点　Ｆｉｇ．１　Ｏｐｔｉｍａｌ　ｒｅｇｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　

２．１　滑模弱磁控制器原理　

为保证电机弱磁运行时能稳定在图１所示最　优运行点处，采用如图２所示电压反馈弱磁控制　

结构。其中滑模弱磁控制器（ＳＭ调节器）模块设计　为图３所示结构，ＳＶＰＷＭ为空间矢量脉宽调制。　

一。　

图２　ＩＰＭＳＭ弱磁控制结构框图　Ｆｉｇ．２　Ｂｌｏｃｋ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　ＩＰＭＳＭ　

图３滑模弱磁控制器结构　Ｆｉｇ．３　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｉｄｅ　ｍｏｄｅ　ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　

图中符号函数定义为：　

吨　蔓　㈩　

其中函数ｈ（ｓ）曲线如图４所示。　

ｎｔｓ）　１　／　

、　／’　ｓ（ｔ　１　图４　ｈ（ｓ）曲线　

Ｆｉｇ．４　Ｇｒａｐｈ　ｏｆ　ｈ（ｓ）　

由图３控制器结构可以得到控制器输出变化　

率的表达式为：　Ａｓ，　ｓ≥Ｋ—Ａ　

Ｋ…ｍｉｎ　≤　ＪＡ　（２）　

，　一　≤ｓ＜０ｃ　、　

一　，　ｓ＜一　

由上式可得以ｓ为自变量的函数Ａｔ￣＝Ｋｈ（ｓ）　

的曲线，如图５所示。　

●　－Ａｉｄ’　／　Ｋｍｉｎ　一　，　：　＿　＿　、７　ｎｉｎ／Ａ　ｒ　

图５　Ａｉｉ＝Ｋｈ（ｓ）的函数曲线　

Ｆｉｇ．５　Ｇｒａｐｈ　ｏｆ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ａｔ　ｄ＊＝Ｋｈ（ｓ）　

图５曲线由４段组成，分别对应式（２）中４个　

取值区间。可将其分解为图６所示的４个部分。　

（ａ）第ｌ段　

图６　Ａｉ　ｄ＊＝Ｋｈ（ｓ）的函数曲线分解　Ｆｉｇ．６　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｎｇ　ｏｆ　Ａ　ｉ　ｄ＊＝Ｋｈ（ｓ）　

根据图６的４段曲线，可将图３中滑模控制　器等效为图７中对应４种结构。可见，所提滑模控　

制器实际上是由４个参数不同的积分器组成．且　

ｓ的每段对应的积分器系数可由控制器中ｐ（ｏｌ＝１一　

Ｐ），Ａ，Ｋ　３个设计参数分别进行调节。其中第１，　３段积分系数由Ｋ　决定；在Ｋ　确定的情况下，　

第２段积分系数由Ｐ确定：第４段积分系数由Ａ　

确定。由此可以看出所提出的滑模控制器本质上　

就是一个非线性变参数积分器。　

峙　呼　

（ａ）第　（ｂ）第２段　，　噼　

（ｃ）第３段　。　（ｄ）第４段　

图７滑模控制器分段等效结构　Ｆｉｇ＿７　Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｐｉｅｃｅ—ｗｉｓｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｓｌｉｄｅ　ｍｏｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　

相较一般线性积分器，此结构解决了积分系　

数过大导致的振荡问题与积分系数过小导致的收　敛速度过慢问题之间的矛盾。相较ＰＩ调节器，此　

结构变参数的特性在具有ＰＩ调节器快速收敛性　

８３　第５２卷第３期　２０１８年３月　电力电子技术　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｖｏ１．５２，Ｎｏ．３　Ｍａｒｃｈ　２０１８　

能的同时其纯积分结构改善了动态超调问题．提　高了系统的稳定性。　

２．２滑模弱磁控制器参数分析　

由图３可以看出，提出的滑模弱磁控制器共　

有Ｐ，Ｏ／，Ａ，Ｋ，　５个参数。其中Ｐ，Ａ，　为３个　独立设计参数；　和Ｋ为非独立参数．无需对其进　行单独设计。各参数物理意义如下：　

Ｐ是为确保系统稳定性，当系统接近稳态时，　

收敛速度减慢的转折点对应　一的比例。比如设　

计系统运行过程中当ｆ　一　。ｌ≤１０％　时根据　

ｓ的大小减慢系统收敛速度。以确保稳定性．则只　

需设计ｐ＝Ｏ．９。　

ＯＺ为收敛速度变化转折点（如图５所示．转折　

点为Ｓ＝＋Ｏｔ），￣＝ｌ－ｐ，其值由Ｐ确定，无需单独设计。　

Ｋ　为当　≤ｓ＜Ｋ　／Ａ或ｓ＜一Ｏｔ，即　收敛到　附近的一定范围内时，为平衡系统收敛速度　

和稳定性而设置的大小适中的积分常数。　

Ａ为当ｓ≥Ｋ戚　／Ａ，即Ｍ　距离　足够远时，　

为加快系统收敛速度，根据ｓ的大小动态调节积　分输入大小的一个积分系数。Ａ越大，系统远离稳　

态工作点时的收敛速度越快，反之收敛速度越慢。　

为积分输入比例系数，其值由下式确定．也　

无需单独设计。　

：　，　Ａｓ＞Ｋ　ｆ３、　【Ｋ　，Ａｓ≤Ｋ　根据以上分析总结参数调节方法：①一般先　设计ｐ＝０．９左右，保持不变；②将Ｋ　设置为满足　

Ｋ，￣＞Ａｏｚ的一个合适的值，调节４以改变系统收敛　

速度，同时兼顾系统稳定性；③调节Ｋ　，实现系　

统收敛速度和稳定性的进一步优化；④根据系统　

稳定性要求微调Ｐ和Ｋ　；⑤如果有必要，再对以　

上３个参数进行微调，进一步优化系统弱磁性能。　

３仿真与实验　

３．１　滑模弱磁控制仿真　

根据图２控制结构搭建相应仿真模型。仿真　

参数设置：ＩＮ＝１３０　Ａ，／／，ｐ＝４，Ｌｄ＝１　ｍＨ，Ｌ　＝２　ｍＨ，　＝　０．２２５　Ｗｂ。基速为３　３００　ｒ·ｍｉｎ～，弱磁极限转速为　

７　３００　ｒ·ｍｉｎ～，仿真转速给定为６　５００　ｒ·ｍｉｎ～。为　便于将转速与电流放在一起观察，仿真波形中将　

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内埋式永磁同步电机的弱磁控制策略

内埋式永磁同步电机的弱磁控制策略

第１４卷第５期２０１０年５月电机与控制学报ＥＬＥＣＴＲＩＣＭＡＣＨＩＮＥＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬＶ０１．１４Ｎｏ．５

Ｍａｙ２０１０

内埋式永磁同步电机的弱磁控制策略

唐朝晖，丁强，喻寿益，桂卫华，李勇刚

（中南大学信息科学与＿－Ｅ程学院，湖南长沙４１００８３）

摘要：针对内埋式永磁同步电机的弱磁控制，提出一种修正电流设定值的方法。该方法由两部分组成：弱磁区域的确定和设定电流修正值的计算。电机运行所在的弱磁区域由恒转矩曲线方向

和电流调节器输出电压递减方向之间的夹角来确定，输出电压的递减方向信息通过梯度下降法计算得到；设定电流修正值的大小根据该弱磁区域内转矩、电压变化量的方向信息和电流调节器输出电压与电压设定值的差值来确定。通过实验验证了该控制策略的正确性和可行性，实验结果表明

所提出的控制策略控制精确度高、响应速度快、鲁棒性好。

关键词：内埋式永磁同步电机；弱磁控制；弱磁区域；电流设定值；梯度下降法中图分类号：ＴＭ３０１．２文献标志码：Ａ文章编号：１００７—４４９Ｘ（２０１０）０５—００６８－０５

Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｉｎｔｅｒｉｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔ

ｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ

ＴＡＮＧＺｈａｏ—ｈｕｉ，ＤＩＮＧＱｉａｎｇ，ＹＵＳｈｏｕ・ｙｉ，ＧＵＩＷｅｉ—ｈｕａ，ＬＩＹｏｎｇ－ｇａｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦｏｒｔｈｅｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒ，ａｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｄｉｆｙｉｎｇｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｔｔｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆｔｗｏｐａｒｔｓ：ｏｎｅｗ鹊

永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究

永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究

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。

一种新的内置式永磁同步电机弱磁控制方法

一种新的内置式永磁同步电机弱磁控制方法

电力电子技术PowerElectronicsVol.45，No.3March2011第45卷第3期2011年3月

基金项目：教育部高等学校博士学科点专项科研基金（200805321038）定稿日期：2010-10-09作者简介：郭仲奇（1985-），男，湖北襄樊人，硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动。1引言调速内置式永磁同步电机（IPMSM）一般是在基速以下采用最大转矩电流比（MTPA）控制方式和在基速以上采用弱磁控制方式以保证输出最大功率。当前的弱磁控制策略主要有2种：一种是在理论分析基础上，推导出转速与直轴电流的关系，利用电机参数通过计算求出达到指定转速所需的直轴电流[1]。该弱磁方式由于要进行非线性计算难以保证响应速度，且公式计算所受电机运行时参数漂移影响较大，难以对参数变化进行补偿[2]。由ShigeoMorimoto等人提出了一种电流调节器法[3]具有不依赖公式的特点。但该方法存在因温升或直流侧电压引起电压变化导致电压补偿器工作反常的问题。有学者提出将直流侧电压作为一反馈量用于电压外环调节，从而使系统工作在最大电压利用状态[4]。该方法受电动机参数影响较小，逆变器输出电压是直流侧最大电压，控制外环可保证电流调节器在任何工况下不会饱和，从而获得较满意的控制效果。但是，电机由最大转矩电流比调速过渡到弱磁调速时，电流轨迹变化不平滑，q轴电流响应滞后，影响了系统控制的准确性。为使IPMSM更为稳定快速的过渡到弱磁控制模式，在原有弱磁方法基础上从弱磁控制的原理出发，设计了一种控制定子电流超前角以达到弱磁目的控制系统，并以一台内置式永磁同步电动机为实验对象，用TMS320M2812为控制芯片实现了该控制算法，实验证明该系统在控制模式切换过程中电流响应平整快速，且弱磁效果良好。2IPMSM控制原理当IPMSM稳定运行时，在d，q坐标系下电压方程可表示为：一种新的内置式永磁同步电机弱磁控制方法郭仲奇，罗德荣，曾智波，戴浪（湖南大学，湖南长沙410082）摘要：为使基速下采用最大转矩电流比控制方式的内置式永磁同步电机（IPMSM）平稳而快速地切换到基速以上的弱磁控制方式，设计了一种以电流超前角为控制对象弱磁控制策略。根据相电压参考值与实际值的差，运用抗饱和积分器快速调制得到一个比例系数并将其作用到定子电流矢量的超前角上，使定子电流矢量向d轴方向偏转达到弱磁效果。实验结果验证了该弱磁控制系统可获得稳定快速的动态响应。关键词：永磁同步电机；最大转矩电流比；弱磁控制中图分类号：TM351文献标识码：A文章编号：1000-100X（2011）03-0044-04CurrentLeadAngleFlux-weakeningControlofIPMSMDriversGUOZhong-qi，LUODe-rong，ZENGZhi-bo，DAILang（HunanUniversity，Changsha410082，China）Abstract：Inordertomaketheinteriorpermanentmagnetsynchronousmotor（IPMSM），usingthemaximumtorqueperamperecontrolmodewhenit’sspeedbelowthebaseratesmoothandquicklyswitchtotheflux-weakeningcontrolmodewhenit’sspeedfasterthanthebaserate，aflux-weakeningcontrolstrategywhichtakecurrentleadangleascontrolobjectisdesigned.Accordingtothedifferencebetweenphasevoltagereferencevalueandtheactualvalue，aproportionalcoefficientismodulatedbyanti-windupintegratorquickly，androlesittothecurrentleadangleofthecurrentvector，makingthecurrentvectorturntothed-axisdeflectiontoachievetheeffectofflux-weakening.Theex-perimentalresultsdemonstratethattheflux-weakeningcontrolsystemcanobtainastabilityandfastdynamicresponse.Keywords：permanentmagnetsynchronousmotor；maximumtorqueperampere；flux-weakeningcontrolFoundationProject：SupportedbytheSpecializedResearchFundfortheDoctoralProgramofHigherEducationofChina（No.200805321038）44ud=Rsid-ωLqiq，uq=Rsiq+ωLdid+ωeΨf（1）式中：iq，id分别为q，d轴电流；uq，ud分别为q轴和d轴电压；Lq，Ld分别为q，d轴电感；Rs为每相定子绕组的电阻；ω为转子电角速度；Ψf为永磁体磁链。电磁转矩可表示为：Tem=3p[Ψfiq+（Ld-Lq）idiq]/2（2）式中：p为极对数。由式（1）绘制出图1所示IPMSM矢量图。

内置式永磁同步电动机弱磁控制策略的研究

内置式永磁同步电动机弱磁控制策略的研究

２０１８年１０月

第３６卷第５期西北工业大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＯｃｔ．Ｖｏｌ．３６２０１８Ｎｏ．５

收稿日期：２０１７⁃１０⁃１１基金项目：山西省自然科学基金（２０１３０１１０３５⁃１）资助作者简介：王伟（１９９１—），太原理工大学硕士研究生，主要从事电机与电器研究。内置式永磁同步电动机弱磁控制策略的研究

王伟１，２，王淑红１，张一博３，梁力波１

１．太原理工大学电气与动力工程学院，山西太原　０３００２４；２．国网定州市供电公司，河北定州　０７３０００；３．山西省电力公司检修分公司，山西太原　０３００００æèçöø÷

摘　要：内置式永磁同步电动机采用最大转矩电流比弱磁调速方法时，需要求解一个非线性的高次方

程组，来确定交直轴电流的给定值。针对这个问题，采用曲线拟合的方法，得到了较精确的电流给定，

提高了控制系统的精度。同时，在弱磁高速区，提出了一种新的过调制控制算法，通过对电压矢量和

相位的优化，实现了不同调制区的自然过渡，提高了逆变器的输出电压，在转速一定的情况下，提升了

电机带负载能力；在负载转矩一定的情况下，拓展了永磁同步电机弱磁调速区域。

关　键　词：内置式永磁同步电动机；弱磁调速；曲线拟合；过调制；控制器，实验设计

中图分类号：ＴＧ１５６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００⁃２７５８（２０１８）０５⁃０９７０⁃０８

永磁同步电机具有体积小、质量轻、功率因数高

的特点，因而被广泛应用。然而，永磁体产生的磁场固定而不可调节，为了提高同步电机转速，在新能源汽车及伺服驱动系统中，往往需要其运行于弱磁调速状态。

内置式永磁同步电机弱磁调速采用最大转矩电流比ＭＴＰＡ（ｍａｘｉｍｕｍｔｏｒｑｕｅｐｅｒａｍｐｅｒｅｃｏｎｔｒｏｌ）控制策略，可以最大程度地利用磁阻转矩，提高同一定子电流下电机的驱动能力。但是，该方法在获得ｄ，ｑ轴电流给定值时，需要求解一个非线性高次方程