基于空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制

基于矢量控制的永磁同步电机调速系统研究近年来，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，永磁同步电机得以迅速推广应用。

永磁同步电机具有体积小、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，对它的研究就显得更有必要。

1永磁同步电机的数学模型为了便于分析，在建立数学模型时常忽略一些影响较小的参数，做如下假设：(1)忽略电动机铁心的饱和；(2)不计电动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是按正弦分布的，即忽略磁场中的所有空间谐波；(4)各相绕组对称，即各相绕组的匝数和电阻相同，各相轴线相互位移同样的电角度。

在分析同步电机的数学模型时，常采用坐标变换的方式，常用的坐标系有两相同步旋转坐标系为dq坐标系和两相静止坐标系为αβ坐标系。

故可以得到永磁同步电动机在幽旋转坐标系下(见图1)的数学模型为：若电机为隐极电机，即Ld=Lq，选取定子电流id，iq及电机机械角速度ω为状态变量，可以得到永磁同步电机的状态方程如下式所示：从上式中可以发现，三相永磁同步电机是一个多变量系统，而且id，iq，ω之间存在着非线性耦合关系，要想实现对三相永磁同步电机的高性能控制，是一个颇具挑战性的课题。

2永磁同步电机矢量控制高性能的交流调速系统需要现代控制理论的支撑，对于交流电机，目前使用最广泛、并已经在实际系统中应用的当属矢量控制理论。

1971年，由F．Blaschke教授提出的矢量控制理论，矢量控制基本原理是：以转子磁链这一旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为相互正交的2个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，然后分别对其进行独立控制，获得像直流电机一样良好的动态特性。

永磁同步电机数学模型经过坐标变换后，id，iq之间仍存在着耦合，不能实现对id和iq的独立调节。

如果要获得永磁同步电机良好的动、静态性能，就必须解决id，iq电流的解耦问题。

永磁同步电机矢量控制分析一、本文概述永磁同步电机（PMSM）作为一种高性能的电机类型，在现代工业、交通以及新能源等领域的应用日益广泛。

其矢量控制技术，即通过对电机电流的精确控制，实现对电机转矩和磁场的独立调节，从而实现电机的高效、稳定运行。

本文旨在全面分析永磁同步电机的矢量控制技术，包括其基本原理、控制策略、实现方法以及在实际应用中的优缺点，为相关领域的研究者和工程师提供有益的参考。

本文将对永磁同步电机的基本结构和工作原理进行简要介绍，为后续的分析奠定理论基础。

然后，将重点讨论矢量控制技术的理论基础和实现方法，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术、电流环和速度环的设计与控制策略等。

在此基础上，本文将深入分析矢量控制技术在永磁同步电机中的应用，包括其在提高电机效率、优化动态性能以及提升系统稳定性等方面的作用。

本文还将对矢量控制技术在永磁同步电机应用中的挑战和前景进行探讨。

一方面，将分析当前矢量控制技术在实际应用中面临的主要问题，如参数敏感性、控制复杂度以及成本等；另一方面，将展望未来的发展趋势，如智能化、集成化以及优化算法的应用等。

本文将对永磁同步电机矢量控制技术的未来发展提出展望，以期为该领域的进一步研究和应用提供参考。

二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种高效、高功率密度的电机，广泛应用于电动汽车、风力发电、工业自动化等领域。

其基本原理主要基于电磁感应和磁场相互作用。

PMSM的核心部件是永磁体，这些永磁体通常嵌入在电机的转子中，形成固定的磁场。

当电机通电时，定子中的电流会产生一个旋转磁场。

这个旋转磁场与转子中的永磁体磁场相互作用，使得转子开始旋转。

通过精确控制定子中的电流，可以实现对转子旋转速度、方向和扭矩的精确控制。

在PMSM中，矢量控制是一种重要的控制策略。

矢量控制通过独立控制电机的磁通和扭矩分量，实现了对电机的高效、高性能控制。

永磁同步电机的控制方法
永磁同步电机是一种常见的电动机型号，具有高效、能耗低等优点，在不少领域广泛应用，如空调、洗衣机、汽车等。

为了使电机工作更加稳定、可靠，需要对其进行控制，本文将介绍几种常见的永磁同步电机控制方法。

一、矢量控制方法
矢量控制方法也称为矢量调速，是对永磁同步电机进行控制的一种较为复杂的方法。

通过对电机的磁场和电流进行精细控制，可以实现电机速度和转矩的精准调节。

具体实现时，需要提取电机转子位置，进行磁场定向控制。

二、直接转矩控制方法
直接转矩控制方法是对电机电流进行直接调节的方法，可以实现对电机转矩的调节。

该方法操作简单，但控制效果较为粗糙，容易造成电机振动和噪音。

三、电压向量控制方法
电压向量控制方法通过调节电机的电压和相位，控制电机的速度和转矩。

该方法比直接转矩控制方法更加精准，但控制难度较大，计算量较大。

四、滑模控制方法
滑模控制方法是近年来发展的一种新型控制方法，可以实现低成本、高效率的电机控制。

该方法借助滑模变量实现对电机转速和转矩的控制，具有控制精度高、响应速度快等优点。

五、解析控制方法
解析控制方法也是近年来发展的一种新型控制方法，该方法是通过解
析电机的动态特性，设计控制器实现对电机的精准控制。

该方法适用于大功率电机控制，但计算量较大，难度较高。

以上是几种常见的永磁同步电机控制方法，不同的方法具有不同的特点和适用范围，需要根据实际情况选择合适的控制方法。

随着科技进步和工业发展，永磁同步电机控制技术也将不断进步和发展。

图1 永磁同步电机转子结构工作原理永磁同步电机的定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场，引起转子内部产生感应电动势，转子因此受到电磁力的作用后开始转动，将电能转化为动能输出，即为电动机。

永磁同步电机转子上安装的永磁体周围会产生旋转磁场，作为电机发电的励磁磁场。

此时，相当于定图2 永磁同步电机直接转矩控制系统框图图2中，电机的给定转速为ωr*，实时转速为ωr，两者的差值经速度PI控制器输出可得到电机的给定转矩Te*；由iα、iβ、uα、uβ通过定子磁链观测模块获取定子磁链在α、β轴上的分量Ψα、Ψβ和磁链幅值，再由Ψα、Ψβ、iα、iβ通过转矩观测模块得到电机的实时转矩Te。

通过滞环比较电机的实时与给定转矩、实时与给定磁链，分别输出转矩和磁链的控制信号，判断定子磁链所在扇区，然后选择基本电压矢量确定逆变器开关状态，从而调节电机输入三相电压。

3.2 永磁同步电机直接转矩控制的问题传统DTC系统的滞环控制在一个完整周期内始终需要电压矢量作用，且很短的电压矢量作用时间就可以补偿转矩和磁链的较小偏差。

尽管旋转时定子磁链的空间模糊控制是模拟人的思维方式的智能控制方法，以模糊集理论、模糊控制逻辑规则推理和模糊语言变量为基础，对建模较难的控制对象进行模糊推理以及决策的一种非线性控制。

在模糊控制过程中，模糊控制器利用电子计算机将模糊输入信息通过语言控制规则完成模糊推理，给出模糊输出并将其转化为精确量，从而完成对被控对象的控制。

模糊控制器包括模糊化、知识库、模图3 模糊系统结构图4.2 模糊PI控制器模糊PI控制器结构由隶属度函数的语义集、量化因子和比例因子、规则集组成。

规则集完成输入量(e 和Δe)到控制增量的语言描述映射，输入和输出变量的取值选择由量化因子和比例因子确定，模糊PI控制器的基本结构如图4所示。

图4 模糊PI控制器结构图在调节器中输入偏差信号e（t）及偏差的变化率de/dt，输出量是PI参数的调整量ΔKp、ΔKi。

永磁同步电机直接转矩控制技术研究永磁同步电机是一种新型的电机，由于其高效、高功率密度和低转动惯量等优点，被广泛应用于工业生产和交通运输等领域。

永磁同步电机直接转矩控制技术是一种基于永磁同步电机的控制技术，能够实现对电机转矩的实时、精准控制，提高了电机的动态性能和能效。

本文将通过研究永磁同步电机直接转矩控制技术的原理、算法以及应用进行深入探讨，以期为相关领域的研究和工程实践提供一定的参考和指导。

永磁同步电机直接转矩控制技术是一种无需传感器反馈的控制技术，通过测量电机定子电流和转子位置，实现对电机转矩的直接控制。

其原理是通过对电机的定子电流进行控制，来调节电机的转矩和转速，从而实现对电机的精准控制。

在这一过程中，需要实时计算并校正电机的磁链和转矩指令，以保持系统的稳定性和动态性能。

永磁同步电机直接转矩控制技术的算法需要兼顾实时性、精度和稳定性。

在该技术中，需要通过高性能的控制器和先进的控制算法，实现对电机的高精度控制。

还需要考虑到电机的非线性和不确定性因素，通过对控制策略和参数进行优化和调整，来提高系统的适应性和鲁棒性。

永磁同步电机直接转矩控制技术在工业生产和交通运输等领域有着广泛的应用。

在工业生产领域，永磁同步电机直接转矩控制技术可用于电动机械设备、风力发电机组、电动车辆等领域，可以实现对电机的高效、节能、精准控制。

在交通运输领域，永磁同步电机直接转矩控制技术可用于电动汽车、混合动力汽车、电动摩托车等领域，可以实现对电动车辆的高速、高效、高性能控制。

永磁同步电机直接转矩控制技术的应用要求对电机的控制性能、节能性能和环境适应性有着较高的要求。

在工业生产领域，需要考虑到电机的高性能和高效能，可以通过对电机的控制策略和参数进行优化和调整，来提高系统的性能指标和能源利用率。

在交通运输领域，需要考虑到电动车辆的动态性能和环境适应性，可以通过对电机的控制算法和硬件系统进行优化和改进，来提高系统的适应性和可靠性。

永磁同步电机直接转矩模糊控制系统第18卷第4期2008年7月黑龙江科技学院学报Journa l o fH e ilongjiang I nstitute o f Science &Technology V o.l 18N o .4Ju l y 2008文章编号:1671-0118(2008)04-0288-04永磁同步电机直接转矩模糊控制系统韩彦春, 彭继慎(辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛125105)摘要:结合永磁同步电机(P M S M )的数学模型和经典直接转矩控制理论,采用空间矢量控制方法,以定子磁链角增量为控制目标,将模糊控制器作为转速与转矩调节器和定子磁链优化控制器。

运用MATLAB /Si m u link 软件对该控制系统建模和仿真。

结果表明:与经典DTC 控制系统相比,该控制方式能够减小转矩脉动,降低系统损耗,从而提高了效率。

关键词:永磁同步电机;直接转矩控制;模糊控制器;磁链优化中图分类号:TP273.4文献标识码:ADirect torque fuzzy control syste m of per manentm agnet sync hronous m otorHAN Yanchun, PE NG J ishen(Faculty o f E lectr i ca l and Contro l Eng i neer i ng ,L i aoning Eng i neering T echn i ca lU n i versity ,H ul udao 125105,Ch i na) Abst ract :Co mb i n ed w it h m athe m aticalm odel of per m anentm agnet synchronous m otor (P M S M )and the c lassic direct torque contro l theo r y ,this paper is concerned w it h the use of the controlm ethod of the space vector control to target stator fl u x ang le i n cre m ent for the contro l ob jectives ,andthe use of the fuzzy contro ller as a regu lator for speed and torque and the stator m agneti c chain opti m ization contro ller .M ode-l i n g and si m u lation o f the contro l syste m using MATLAB /S i m u li n k soft w are sho w t h at co m pared w ith the classical DTC control syste m ,th i s contro lm ethod can reduce the torque ripple ,reduce syste m l o sses and i m pr ove effic iency .K ey w ords :per m anentm agnet synchronousm o tor ;d irect torque contro;l f u zzy con tro ll e r ;opti m iza -ti o n fl u x 收稿日期:2008-05-06基金项目:辽宁省教育厅科研项目(2007T075)作者简介:韩彦春(1983-),女,辽宁省朝阳人,硕士研究生,研究方向:电力电子及电机控制与仿真,E-mai:*****************。

基于五段式SVPWM的永磁同步电机反馈线性化直接转矩控制作者：邱赫男王旭东李志伟那日沙来源：《哈尔滨理工大学学报》2015年第06期摘要：针对永磁同步电机（PMSM）直接转矩控制系统存在转矩和磁链脉动较大的问题，引入反馈线性化理论，结合空间矢量脉宽调制技术（SVPWM），提出了使原系统实现输入输出线性化控制的改进方法。

首先分析了控制系统实现反馈线性化的条件，给出了线性化系统控制模型，采用五段式SVPWM的控制算法，最后与传统直接转矩控制系统进行了仿真对比。

结果表明，基于SVPWM的永磁同步电机反馈线性化直接转矩控制系统显著抑制了转矩和磁链的脉动，并且具有理想的动静态性能。

关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；反馈线性化；SVPWM中图分类号：TM341 文献标志码：A 文章编号：1007-2683（2015）06-0065-060 引言永磁同步电机的直接转矩控制凭借着良好的动态性能和较强的鲁棒性，受到了国内外电力电子技术界和产业界的广泛关注。

传统的直接转矩控制采用bang-bang控制策略，这使得转矩和磁链脉动很大。

为此，国内外学者在近年来做了大量的研究。

西安交大何栋炜等人采用了卡尔曼滤波磁链观测器对磁链进行估计，这种方法减小了转矩脉动。

美国威斯康星大学电气工程系的Robert D.Lorenz教授提出了无差拍直接转矩和磁链控制（DB-DFTC）控制方法。

Wei Xu 提出一种低开关频率下的无差拍直接转矩控制器，使得开关损耗达到了最小化。

永磁同步电机的数学模型具有多变量、强耦合的非线性特点，反馈线性化方法能通过对系统进行坐标变换和状态反馈，在输入与输出之间建立线性关系，从而将非线性系统转变成线性系统，实现系统解耦。

通过反馈线性化技术获得的线性模型是精确的状态变换的结果，这样就可以采用线性化理论来设计控制器。

SVPWM技术作为一种优化的PWM技术，能明显的减小逆变器输出电流的谐波成分，降低脉动转矩，且其控制简单，数字化实现方便，电压利用率高。

三电平逆变器供电永磁同步电机直接转矩控制研究 骆光照;李斐;杨南方;陈哲;刘卫国 【摘 要】针对临近空间飞行器电驱动系统的高效控制问题,构建一种三电平逆变器供电永磁同步电机直接转矩控制系统,以减少输出电流的谐波含量,降低转矩脉动,提升驱动系统整体效率.针对三电平逆变器空间电压矢量调制(SVPWM)实现复杂的问题,通过对大、小电压矢量选择的归纳研究,利用矢量的对称性和归一化处理方法,提出一种易于通过可编程器件实现的简洁计算方法,实现不同扇区的统一计算；构建参考矢量的复数表达形式,利用极坐标相角信息简化扇角区间判别.采用Matlab/Simulink分别构建传统两电平逆变器和三电平逆变器直接转矩控制系统进行对比分析,仿真结果验证了该算法在减小电流谐波和削弱转矩脉动方面的有效性.%Aiming to obtain high efficiency of electrical drives for near-space vehicle, we proposed a novel three-level inverter DTC method for PMSM, to suppress current harmonic components and toque ripples. Sections 1 and 2 of the full paper explained the proposed method in detail. Their core consists of;"In order to bypass the implementing complexity of space vector PWM ( SVPWM) for three-level inverter, we have presented a relatively simple calculation method which is easy to implement with field programmable gate arrays through choosing proper large and small voltage sectors and through using the principle of symmetry and normalization. The reference voltage was presented under polar coordinates and vector phase was used to condense the decisions of sectors. The three-level inverter and traditional two-level inverter DTC simulation models were constructed respectively with Matlab/Simu-link for comparative analysis". The simulation results, presented in Figs. 6 and 7, have shown preliminarily the validity of our proposed method in suppressing efficiently current harmonics and torque pulses.