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• 167•基于SVPWM的永磁同步电机控制器设计广东理工学院电气工程系 梁永忠【摘要】本文详细分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的工作原理，设计了永磁同步电机(PMSM)的硬件控制方案，采用STM32F103C8T6单片机实现了该方案的控制程序，通过实验验证了该方案的可行性。
【关键词】空间矢量脉宽调制；永磁同步电机；单片机Design of PMSM Controller Based on SVPWMLiang Yongzhong（Department of Electrical Engineering Guang Dong Polytechnic College ，Zhaoqing 526100，China ）ABSTRACT ：This paper analyzes the working principle of Space Vector Pulse Width Modulation in detail ，and the hardware control scheme of the PMSM is designed.The control program of the scheme is realized by using STM32F103C8T6.The feasibility of the scheme is verified by the experiment.Key words ：SVPWM ；PMSM ；MCU0 引言永磁同步电动机(PMSM)由于其控制特性良好，结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率和功率因数高，已广泛应用于各种工业传动领域，并取得显著的节能效果[1]。
传统的交流电动机采用正弦脉宽(SPWM)调制技术输出一个频率和电压可调、三相对称的正弦波电动机供电电源，这种方法虽然具有数学模型简单、易于实现的优点，但是它的电压利用率太低。
空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术将逆变系统和电机看作一个整体来考虑，使实际磁链矢量追踪理想磁链圆，其控制简单，开关损耗小，电压利用率比一般的SPWM 高[2]。
DOI ：10．19392/j．cnki．1671－7341．201920174永磁同步电机弱磁调速的研究睢丙东韩伟河北科技大学河北石家庄050000摘要：永磁同步电机弱磁调速是现代电机研究的热点之一，解释永磁同步电机传统的弱磁控制原理，研究分析传统弱磁调速的主要缺陷及限制调速范围的因素。
阐述弱磁调速的研究现状以及总结研究的新动向。
关键词：永磁同步电机；弱磁调速；调速范围现代永磁同步电机因为具有高转矩密度、高效率、较为优秀的低速驱动性能以及较宽的调速范围，已经被广泛的应用于电动汽车的驱驱动中。
永磁同步电机调速系统大多由直流电源、逆变器、控制器和电机组成。
但是永磁同步电机励磁所采用的稀土永磁体，磁场不能被调节，因而需要采用弱磁控制的方法来提高转速。
当电机输出功率一定，在低转速时扭矩的提高必然带来额定转速的降低，此时需要弱磁调速控制，如果保持最高转速且稳定，则弱磁调速的范围也随之提高。
因此对弱磁调速能力的研究对提升整个永磁同步电机控制系统的性能有着重要意义。
1弱磁调速的基本原理永磁同步电机弱磁控制原理在于对它励直流电动机的弱磁控制。
由于PMSM 的转子是永磁体，无法通过控制励磁电流的方法去实现弱磁控制，通过电流所产生的励磁来抵消永磁体的磁通方向从而实现弱磁控制。
当转矩恒定且电机稳定运行时，忽略定子电子Ｒs ，定子电压峰值表示为：|u s |=ωr |ψs |=ωr （ψf +L d i d ）2+（L d i d ）槡2（1）式中u s 为最大电压、ψs 为定子磁链。
根据（1）式可知，当|ψs |稳定时，电机的转子转速ωr 和定子电压成正比，且由于最大电压值|ψs |的约束，转速ωr 受到限制，电机会达到最大转速为ωn ，称其为转折速度。
当需要拓宽调速范围时，就需要使用弱磁控制的方法。
如下图为电机的转子永磁励磁结构。
电机转子结构图一般去磁作用有两种方法：1增加直流去磁电流分量；2减小交轴电流分量，可以维持电机的电压平衡关系。
基于SVPWM的永磁同步电机控制系统的仿真随着电动机在社会生产中的广泛应用，由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合已获得广泛的应用。
我国制作永磁电机永磁材料的稀土资源丰富，稀土资占全世界的80％以上，发展永磁电机具有广阔的前景。
第一章永磁同步电机的矢量控制原理1.1 永磁同步电机控制中应用的坐标系交流电机的数学模型具有高阶次，多变量耦合，非线性等特征，难以直接应用于系统的设计和控制，与直流电机单变量，自然解耦和线性的数学模型相比较，交流电机显得异常复杂。
因此需要通过适当的转换，将交流电机的控制变换为类似直流电机的控制将大大简化交流电机控制的复杂程度。
永磁同步电机矢量控制的基本思想是把交流电机当成直流电机来控制，即模拟直流电机的控制特点进行永磁同步电机的控制。
为简化感应电机模型，可将电机三相绕组电流产生的磁动势按平面矢量的叠加原理进行合成和分解，使得能够用两相正交绕组来等效实际电动机的三相绕组。
由于两相绕组的正交性，变量之间的耦合大大减小。
1.1.1系统中的坐标系1)三相定子坐标系(U-V-W坐标系)其中三相交流电机绕组轴线分别为U、V、W，彼此之间互差120度空间电角度，构成了一个U-V-W三相坐标系。
空间任意一矢量在三个坐标上的投影代表了该矢量在三个绕组上的分量。
2)两相定子坐标系(α-β坐标系)两相对称绕组通以两相对称电流也能产生旋转磁场。
对于空间的任意一矢量，数学描述时习惯采用两相直角坐标系来描述，所以定义一个两相静止坐标系，即α-β坐标系。
它的轴α和三相定子坐标系的A轴重合，β轴逆时针超前α轴90度空间电角度。
一种过调制算法及其在永磁同步电动机弱磁控制中的应用过调制是一种在永磁同步电动机中用于弱磁控制的算法。
该算法通过在电流控制回路中引入过调制技术，可以在磁通极度减弱的情况下仍保持较高的动态响应性能和较高的功率因数。
本文将介绍过调制算法的原理和应用。
过调制算法的原理基于永磁同步电动机的特性。
永磁同步电动机可以通过调节电流矢量的幅值和相位来实现电机控制。
传统的矢量调制算法在磁通减弱较多的情况下，容易导致电流矢量失真和磁通损耗增大。
为了解决这个问题，过调制算法引入了超调电压信号，并在电流矢量控制回路中引入了超调控制器。
过调制算法的基本思路是通过超调电压信号改变电流矢量幅值和相位，使电机具有更好的响应性能和功率因数，同时减小磁通损耗。
具体来说，当磁通较弱时，通过增大电流矢量的幅值和改变相位，可以提高电机的转矩和降低电机的电磁启动时间。
同时，在电流矢量较小的区域，过调制算法可以提高电机的效率和功率因数。
因此，过调制算法可以有效地解决永磁同步电动机在弱磁运行条件下性能下降和功率因数恶化的问题。
过调制算法的应用主要集中在永磁同步电动机的弱磁控制中。
在传统的弱磁控制方法中，电机容易产生振荡、响应滞后、转矩下降等问题。
过调制算法通过引入超调电压信号和超调控制器，可以减小这些问题，并保持电机的高动态响应性能和高功率因数。
同时，过调制算法还可以减小电机的磁通损耗，提高电机的效率。
在实际应用中，过调制算法可以通过改变超调电压信号的幅值和频率来实现不同的控制效果。
具体来说，当电机处于弱磁工况时，可以适当增加超调电压信号的幅值，从而提高电机的转矩响应和动态性能。
当电机处于负载工况时，可以降低超调电压信号的幅值，以减小电机的磁通损耗和提高效率。
总之，过调制算法是一种在永磁同步电动机弱磁控制中应用的有效方法。
该算法通过引入超调电压信号和超调控制器，可以在磁通减弱的情况下仍保持电机的高动态响应性能和功率因数。
在实际应用中，过调制算法可以根据不同的工况需求来调节超调电压信号的幅值和频率，从而实现不同的控制效果。
现代驱动与控制SVPWM过调制法在永磁牵引逆变器中的应用张育超1徐鹏程2中国船舶重工集团公司第七一三研究所（450000）中船重工海为郑州高科技有限公司（450000）Application of SVPWM Overpopulation Algorithm into Permanent Magnet Traction InvertersZHANG Yuchao XU PengchengCSIC No.713InstituteCSIC Haiwei Zhengzhou High-Tech Co.,Ltd.摘要：为了提高地铁牵引逆变器直流母线电压利用率，将基于叠加原理的过调制处理算法，应用在永磁同步电动机控制系统中，以减小电压谐波畸变率和转矩波动。
文章先介绍过调制算法的原理，然后给出永磁同步电动机的运行方式及各个同步区的调制模式，最后在Matlab/Simulink环境下，建立永磁同步电动机控制系统的仿真模型.将基于叠加原理的过调制算法和传统单模式过调制算法进行对比仿真。
结果表明，采用前者输出相电压谐波含量得到明显的抑制，转矩波动较小。
关键词：永磁同步电动机控制系统过调制牵引逆变器叠加原理中图分类号：TM301.2文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.l006-2807.2019.05.008 Abstract:In order to increase the utilization ratio of De bus voltage of subway traction inverter,the overpopulation algorithm based upon superposition principle is applied into the permanent magnet synchronous motor control system,to lower voltage harmonics distortion rate and increase torque ripple.First,principle of overpopulation algorithm is introduced in detail,and then,the operation mode of the permanent magnet synchronous motor and modulation mode of each synchronous zone are given,and finally,simulation mode of the synchronous motor control system is established under the Matlab/Simulink parison and simulation are done between the overpopulation algorithm based upon superposition principle and traditional single-mode overpopulation e the results that the harmonic contents in the output phase voltage is obviously decreased as same as torque ripple,in case of ap・plying former algorithm.Keywords:permanent magnet synchronous motor control system overpopulation algorithm traction inverter superposition principlePWM技术是交流调速系统中一个关键环节，常用的调制方法有SVPWM和SPWM两种。
三相永磁同步电动机直接转矩控制技术及仿真研究 1引言随着社会实际生产要求的不断提高，现代电机控制技术也不断得以升级。
继矢量控制之后，1986年日本I.TakhaShi 和德国M.Depenbrock 分别提出了直接转矩控制技术。
直接转矩控制(Direct Torque Control ，DTC)是基于定子磁场定向和电压空间矢量分析的方法，根据转矩偏差、磁链偏差及定子磁链的空间位置，选择合适的电压矢量。
这项技术的问世，以其新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能等优点受到普遍关注并被广泛研究。
常规的DTC 方案其实是一种Bang —Bang 控制方法：针对定子磁链幅值和转矩偏差以及磁链的空间位置， 在一个控制周期内，选择和发出单一空间电压矢量，这个电压矢量要同时控制磁链和转矩的误差方向，而忽略了转矩和磁链误差大小，从而经常造成转矩和磁链脉动，不能达到期望的最佳控制效果。
减小滞环容差可以减小脉动，但又会导致逆变器的开关频率增大，开关损耗随之增加；矢量细分法改善了磁链轨迹，但结构相对复杂。
矢量调制 (Space V oltage Vector Modulation)是在一个控制周期内，通过相邻电压矢量和零矢量合成得到所需的任意电压矢量，实现电压矢量的连续可调。
本文在分析了直接转矩控制原理(DTC)和空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基础上，做了基于磁链空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机直接转矩控制技术的仿真。
1直接转矩控制原理永磁同步电机在转子坐标系下的数学模型：⎥⎦⎤⎢⎣⎡ψ+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡f q d q d q d q d i i pL R L L pL R u u ωωω0 (1) []sm q d s sm q f q d sn e L L L L L P t δδ2sin )(sin 243-ψ-ψψ= (2)[]t sm q d s sm q f q d s n t t d d L L L L L P d d eδδδ2cos )(2cos 243-ψ-ψψ= （3）式中：q d q d q d L L i i u u ,,,,,——定子电压、电流、电感在q d ,轴上的分量；s f ψψ,——励磁磁链和定子磁链；p P t n e ，,——电磁转矩、转子极对数和微分算子；δsm ——负载角；式(2)表明，电机参数确定后，在实际运行中，永磁同步电机转子上励磁磁场的磁链幅值一般为恒值，为保证充分利用电动机铁心，通常要使定子磁链的幅值为额定值，这样就可以直接通过控制负载角δsm 的大小来控制电磁转矩的大小，这就是DTC 的核心思想。
一种采用陷波滤波器的超前角弱磁控制算法于家斌;王小艺;许继平;秦晓飞;郑军【摘要】针对永磁同步电主轴在弱磁阶段，当采用SVPWM过调制控制时稳态速度产生波动的现象，在分析超前角弱磁控制算法的基础上，将主要原因归结为SVPWM过调制引起逆变器输出电压的6次谐波分量通过弱磁电压闭环传导到dq 轴参考电流中，造成电流环控制性能变差进而影响电主轴的速度控制性能。
对此，提出一种采用陷波滤波器的超前角弱磁控制算法。
此方法在弱磁电压闭环回路中设计了陷波滤波器，以滤除输入电压信号中的6次谐波分量，同时不影响其他信号分量。
实验结果表明，加入陷波滤波器之后，弱磁阶段的输出电压、电流与速度信号中的6次谐波分量明显地减小，其波形得到了显著改善，从而有效地提高了电主轴的弱磁调速性能。
%As permanent magnet synchronous spindle ( PMSS ) runs in the flux weakening region, the SVPWM over modulation control will cause the fluctuation of steady-state speed. By analyzing the princi-ple of the leading angle flux weakening control algorithm, the main reason is that the SVPWM over modu-lation causes the sixth harmonic of inverter output voltage and it transmits to the dq reference currents though the flux weakening voltage close-loop, as a result the current and speed control performance of PMSS is deteriorated. In order to solve this problem, a notch filter leading angle flux weakening control algorithm was proposed. A notch filter was designed to filter the sixth harmonic component of the input voltage signal in the voltage close-loop, and the other signal components were not affected. The experi-ment results show that the notch filter can significantly reduce the sixth harmonic componentof the input voltage, current and speed signal in the flux weakening region, and their waveforms are remarkably im-proved. The flux weakening speed control performance is effectively enhanced.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】7页(P105-111)【关键词】永磁同步电主轴;弱磁控制;SVPWM过调制;6次谐波;陷波滤波器【作者】于家斌;王小艺;许继平;秦晓飞;郑军【作者单位】北京工商大学计算机与信息工程学院，北京100048;北京工商大学计算机与信息工程学院，北京100048;北京工商大学计算机与信息工程学院，北京100048;上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093;中国科学院自动化研究所，北京100190【正文语种】中文【中图分类】TP276高速、高精度永磁同步电主轴是高速数控机床的核心部件，在航空航天、汽车、精密仪器和模具加工等领域有着广泛的应用［1］。
一种改进型超前角弱磁控制算法于家斌;秦晓飞;郑军;王云宽【摘要】In order to solve the problem that in the flux weakening region of surface-mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM), the oscillation of current in dynamic process and the steady-state error of speed grew with load increasing, an improved leading angle flux weakening control algorithm is proposed. By analyzing the mechanism of the traditional algorithm, the conclusion is that the insufficient voltage output capacity of SVPWM inverter and the voltage close-loop control for the flux weakening control are the main cause. A SVPWM over modulation algorithm with a small amount of computation and the close-loop control based on q axis current error instead of voltage were adopted in the improved algorithm. The experiment results show that the improved leading angle flux weakening control algorithm can decrease the vibration of current in dynamic process and the fluctuation of steady-state speed effectively, and meanwhile the speed steady-state error is removed, so that the load capacity of SPMSM in flux weakening region is enhanced.%针对表贴式永磁同步电机弱磁控制中随负载增大易产生的速度响应动态过程电流震荡,速度稳态误差和稳态时速度波动变大的问题,本文在分析传统超前角弱磁控制算法原理的基础上,将动态和稳态性能变差的原因分别归结于SVPWM逆变器电压输出能力不足和弱磁阶段的电压闭环控制,提出一种改进型超前角弱磁控制算法.此方法采用一种运算量小的SVPWM过调制算法,同时使用q轴电流误差闭环代替电压闭环的弱磁控制策略.实验结果表明,改进型超前角弱磁控制算法可以有效地减小动态过程的电流震荡,避免加载时的稳态速度下降,且稳态速度波动小,从而提高了表贴式永磁同步电机弱磁阶段的带载能力.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2012(016)003【总页数】6页(P101-106)【关键词】表贴式永磁同步电机;超前角弱磁控制;电压闭环;SVPWM过调制;q轴电流误差【作者】于家斌;秦晓飞;郑军;王云宽【作者单位】中国科学院自动化研究所,北京100190;中国科学院自动化研究所,北京100190;中国科学院自动化研究所,北京100190;中国科学院自动化研究所,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TP2760 引言永磁同步电机是数控机床的核心部件，其高速化是数控系统发展的主要趋势之一［1］。
研制开发算法的永磁同步电机矢量控制系统何湘龙（湖南石油化职业技术学院，湖南岳阳电压空间矢量脉宽调制技术（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）是一种通过改变空间电压或电流矢量来控制变流器的技术，主要介绍永磁同步电机的数学模型、SVPWMMatlab/Simulink上创建控制模型，综合仿真分析计算的结果，验证了这种算法不仅减少了数字信号处理器资源，还大大提高了永磁同步电机的稳定性、可靠性以及抗干扰能力。
空间矢量控制；永磁同步电机（PMSM）；控制算法；数字信号处理Vector Control System of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on OptimizedSVPWM AlgorithmHE Xianglong(Hunan Petrochemical Vocational Technical College, YueyangAbstract: SVPWM is a novel technology for controlling converters by changing the space voltage or current vector. This article mainly introduces the mathematical model of permanent magnet synchronous motors, the basic principles of进一步分析，由式（1）、（2）、（3）可以得到：24ππ33s sA sB sC 2π3sA sB 2d e e d 32e 3j j s j U t U U U t ψψψ==++=++∫∫4π3sC e j ψ（4）对电压积分，利用等式两边相等的原则有：s ssA L sB s m s s sC s s sin sin 222sin πsin π33344sin πsin π33t t U t t t t ωωψψωψωωψωω=−=− −−（5）2 SVPWM 控制策略在应用中，PWM 逆变器作为SVPWM 控制的主要对象，可实现较为简单的开关量控制，如图1所示。
永磁同步电机的调速控制研究与探讨摘要:永磁同步电机相对于其它电机而言有着优异的性能，能够在石油、煤矿、大型工程机械等比较恶劣的工作环境下运行,这不仅加速了永磁同步电机取代其它电机的速度，同时也为永磁同步电机的发展提供了广阔的空间。
目前，永磁同步电机（PMSM）以其高功率密度、高性价比等独特优点受到国内外的普遍重视，因此，对永磁同步电机的调速控制研究具有非常重要的意义。
论文首先介绍了永磁同步电机的各种控制策略，接着分析了永磁同步电机的结构及其特点。
然后从矢量控制理论出发，重点分析了永磁同步电机的数学模型，并在此基础上，探讨了空间电压矢量控制方法。
关键词：调速控制系统;空间矢量控制;永磁同步电机1永磁同步电机的结构及其特点1.1永磁同步电机概述永磁同步电机的转子采用高性能的稀土永磁材料，使得电机尺寸减小；由于发热主体在定子侧，散热也比较容易；同时，其结构简单、效率和功率因素高及输出转矩大等特点，这些优点使得永磁同步交流伺服系统已成为现代伺服系统的主流，在很多驱动领域己经取代直流电机。
1.2永磁同步电机的结构永磁同步电机是用装有永磁体的转子取代绕线式同步电动机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷以电子换向器，实现无刷运行。
PMSM 的定子与绕线式同步电动机基本相同，要求输入定子的电流仍然是三相正弦的，所以称为三相永磁同步电机。
永磁同步电机的定子是电枢绕组，转子是永磁体。
就整体结构而言，永磁同步电机可以分为内转子和外转子式；就磁场方向来说，有径向和轴向磁场之分；就定子的结构而论，有分布绕组和集中绕组以及定子有槽和无槽的区别。
1.3永磁同步电机的特点虽然永磁同步电动机转子结构差别较大，但由于永磁材料的使用，永磁同步电机具有如下共同的特点：（1）、体积小、质量轻。
（2）、功率因数高、效率高，节约能源。
（3）、磁通密度高、动态响应快。
（4）、可靠性高。
（5）、具有严格的转速同步性和比较宽的调速范围。
第２９卷第２期 ２０１３年２月 电力科学与工程 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 糕ｌ 鞋ｅ下 ｌ Ｐｏｗ鹾 西 叠蠢 ｌ Ｖ０１．２９．Ｎｏ．２ ｌ１ Ｆｅｂ．，２０１３
基于ＳＶＰＷＭ技术的永磁同步电机模糊 自适应控制系统研究
刘明基，郭韩金，舒佳驰 （华北电力大学电气与电子工程学院，北京１０２２０６） 摘要：基于永磁同步电机（ＰＭＳＭ）在ｄ—ｑ轴下的数学模型，设计了一种模糊自适应ＰＩ控制器，应用于 ＰＭＳＭ的速度伺服系统中。相对于传统ＰＩＤ控制器，该系统具有响应时间快、超调、振荡小、对控制对 象参数变化鲁棒性较好等优点。仿真结果和理论分析一致，表明该控制系统的合理性。
关键词：永磁同步电机；ＳＶＰＷＭ；模糊 ． 中图分类号：ＴＭ３５１ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—０７９２．２０１３．０２．００３ 系。其电压方程为 ｔ ０ 引言
永磁同步电机（ＰＭＳＭ）以其转矩脉动小， 控制精度高等特点广泛应用于伺服系统中。但传 统的速度伺服控制器依赖于控制对象数学模型的 精确性，而由于ＰＭＳＭ存在参数变动、负载干扰 等问题，导致其抗干扰能力差，可靠性难以提高， 制约了其在高精度伺服场合的应用。 传统ＰＩＤ是一种线性控制器，控制算法简单， 适应性强，具有一定的鲁棒性，能满足一般伺服 系统的要求，但由于参数无法改变，因而无法满 足实时控制的动态要求。本文利用模糊控制不依 赖于被控对象数学模型的特点，设计了一种ＰＩ参 数随控制过程变化而自适应的智能控制器并将其 应用于电压空间矢量控制系统中。仿真结果表明， 该控制系统响应时间短，超调和振荡小，对负载 干扰具有较强的鲁棒性…。
１ ＰＭＳＭ模糊自适应电压空间矢量控制系统 １．１ ＰＭＳＭ在ｄ—ｑ轴下数学模型 通常，ＰＭＳＭ通过Ｃｌａｒｋｅ变换和Ｐａｒｋ变换将 电机从静止ＡＢＣ坐标系变换到转子旋转由坐标
