基于交直轴电流耦合的单电流调节器永磁同步电机弱磁控制_方晓春
永磁同步电机单电流调节器弱磁控制策略优化
Feb. 2021Vdl.2& No.22021年2月 第28卷第2期控制工程Control Engineering of China文章编号：1671・7848(2021)02・0327・08DOI: 10.14107/j .cnki.kzgc.20190341永磁同步电机单电流调节器弱磁控制策略优化石讯1,易映萍 >,石伟2(1.上海理工大学机械工程学院，上海200093； 2.许继集团有限公司，河南许昌461000)摘要：针对电压角度法单电流调节器弱磁控制策略带来的内环稳定性下降问题，采用小 信号模型法推导了使用该控制策略时电机的传递函数，证明了控制系统本质上是一个非最 小相位系统。
针对使用该控制竟略时内置式电机参数特性导致的开环极点接近虚轴的问题，提出采用PD 控制器前馈补偿策略。
针对电机弱磁控制过程中极点改变导致传统PID 控制器参数整定不合理的问题，基于内模控制原理，提出采用变参数PID 控制器的弱磁控制罠略。
仿真与实验结果表明，所提出的方法可以有效提高使用电压角度法单电流调节器 弱磁控制罠略时电流内环的稳定性。
关键词：永磁同步电机；单电流调节器弱磁控制策略；电压角度法；非最小相位系统；变 参数PID 控制中图分类号：TP29文献标识码：AOptimization of Single Current Regulator Flux-weakening Control Strategy forPermanent Magnet Synchronous MotorSHIXun 1, YI Ying-ping 1, SHI Wei 2(1. School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;2. XJ Group Corporation, Xuchang 461000, China)Abstract: Aiming at the problem of decreased stability of the inner loop caused by the voltage angle methodsingle current regulator flux-weakening control strategy, the small signal model method is used to derive thetransfer function of the motor when the control strategy is used, which proves that the control system isessentially a non-minimum phase system. Aiming at the problem that the open-loop pole is close to the virtualaxis caused by the interior motor parameter characteristics when using this control strategy, a PD controllerfeedforward compensation strategy is proposed. Aiming at the problem that the parameter setting of thetraditional PID controller is unreasonable due to the pole change in the motor flux-weakening control process,based on the principle of internal model control, a flux-weakening control strategy using variable parameterPID controller is proposed. Simulation and experimental results show that the proposed method can efifectivelyimprove the stability of the current inner loop when the voltage angle method is used for single currentregulator flux-weakening control strategy.Key words: PMSM; single current regulator flux-weakening control strategy; voltage angle method;non-minimum phase system; variable parameter PID control1引言由于转子永磁体安装位置的不同，内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronousmotor, EPMSM)相对于表贴式永磁同步电机具有更加稳定的转子机械结构。
永磁同步电机改进弱磁控制策略
２期
任少盟等: 永磁同步电机改进弱磁控制策略
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Ｔｅ
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(２)
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ｄωｒ ｄｔ
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(３)
式中ꎬ ｕｄꎬ ｕｑ 为定子电压的 ｄꎬ ｑ 轴的分量ꎻ ｉｄꎬ ｉｑ 为定子电流的 ｄꎬ ｑ 轴的分量ꎻ Ｌｄꎬ Ｌｑ 为电机在 ｄꎬ ｑ 轴的电感ꎻ ｒｓ 为定子绕组的相电阻ꎻ ωｅ 为电角速度ꎻ Ψｆ 为永磁体磁链ꎻ Ｔｅ 为电磁转矩ꎻ ｐ 为电机极对数ꎻ ＴＬ 为负载转矩ꎻ ωｒ 为机械角速度ꎻ Ｊ 为转动惯量ꎻ Ｂ 为摩擦系数ꎮ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ｆｌｕｘ￣ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎ￣ ｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒｓｕｃｈ ａｓ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎꎬ ｐｏｏｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄｂｅｉｎｇ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍꎬ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｆｌｕｘ￣ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ａ ｂｅｔ￣ ｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ. Ｔｈｅ ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎａｌｙｓｅｄ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ. Ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ ｔｕｎｅｓ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｍ￣ ｉｔｅｄ ｅｌｌｉｐｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒꎬ ｗｈｉｃｈ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ＰＭＳＭ ｍｏｒｅ ｓｔａｂｌｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｂｕｓ ｖｏｌｔａｇｅ. Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＰＭＳＭ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｓｅｔ ｕｐ ｉｎ ｔｈｅ Ｍａｔｌａｂ / Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｔｒａｔｅｇｙ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒꎻ ｆｌｕｘ ｗｅａｋｅｎｉｎｇꎻ ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｔｒｏｌꎻ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ
一种改善PMSM弱磁性能的解耦控制策略
6
好坏取决于交直轴电流跟随指令的程度 。当电压 源逆变器（VSI）和电流调节器的输出存有裕量时， 系统电流可较好地跟随指令，当两者出现饱和时， 实际电流与指态性能的影响，提出一种改善PMSM弱磁性能的解耦控制策略。考虑到传统
内模解耦无法同时兼顾解耦效果、响应速度及稳态误差，引入电流调节因子，对解耦控制器进行改进。在此基
础上，针对输出转矩发生阶跃时交轴电流调节不利的问题，在电流调节因子中加入交轴电流信息。结合反向传
播（BP）神经网络模糊控制器，实时对电流调节因子进行优化。仿真和实验结果表明该策略综合解决了弱磁区
第53卷第10期 2019年10月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.53, No. 10 October 2019
一种改善PMSM弱磁性能的解耦控制策略
尤钱亮，陆佳琪 （江苏科技大学，电子信息学院，江苏镇江212003）
摘要：针对永磁同步电机（PMSM）在弱磁区电动工况下运行时动态性能不理想的问题，依据弱磁理论，研究了
YOU Qian-liang, LU Jia-qi
（Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212003, China） Abstract: Aiming at the problem that the dynamic performance of permanent magnet synchronous motor（PMSM） is not ideal when it operates in the weak magnetic region , based on the weak magnetic theory, the influence of the quadra ture axis current regulator on the dynamic performance of the weak magnetic control is studied, and a decoupling control strategy to improve the weak magnetic performance of PMSM is proposed.Considering that the traditional in ternal model decoupling can not take into account the decoupling effect, response speed and steady-state error at the same time, the current regulation factor is introduced to improve the decoupling controller. On this basis, aiming at the disadvantage of quadrature current regulation when the output torque step occurs, the information of quadrature cur rent is added into the current regulation factor. Combining with back propagation （BP） neural network fuzzy controller, the current regulation factor is optimized in real time.The simulation and experimental results show that the strategy can solve the problem of unfavorable regulation and serious current coupling of the quadrature axis current regulator under the condition of weak magnetic region, improve the dynamic performance of PMSM weak magnetic region, and have dual functions of anti-saturation and current decoupling. Keywords : permanent magnet synchronous motor ； weak magnetic properties ； decoupling control
一种外转子可变磁通永磁记忆电机设计与弱磁性能分析
一种外转子可变磁通永磁记忆电机设计与弱磁性能分析姜春辉;田玉冬【摘要】A external rotor variable flux permanent magnet memory motor was designed.The simulation model was established in Ansoft Maxwell 2D software.The magnetic properties of permanent magnetic materials and the working model of the motor were given.The flux weakening of the motor was researched by using the finite element analysis method.The motor's flux-lines,fluxlinkage of winding A,reverse electromotive force curves and magnetic flux density curves under different magnetizing current were given.The simulation results showed that the motor has good flux weakening ability and its flux weakening was realized by changing the magnetic field of the AlNiCo permanent magnets.%设计了一种外转子可变磁通永磁记忆电机,利用Ansoft Maxwell 2D仿真软件建立了电机模型,给出了永磁材料磁化特性和电机工作模型.采用有限元分析方法,对电机的弱磁性能进行探究,给出了电机施加不同直轴去磁电流时的磁力线分布、相磁链曲线、反电动势曲线和磁通密度分布曲线.仿真结果表明,该电机具有良好的弱磁性能,其调磁过程主要通过改变铝镍钴永磁体的磁化水平实现.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2017(044)004【总页数】7页(P28-33,42)【关键词】可变磁通永磁记忆电机;弱磁;外转子【作者】姜春辉;田玉冬【作者单位】上海电机学院,上海201306;上海电机学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TM343永磁同步电机由于其结构简单、功率因数和效率高、转动惯量小、易于实现精密控制等优点在电动汽车、航天航空、工业传动、家用电器等诸多领域得到了快速发展。
电动汽车用永磁同步电动机弱磁控制系统研究
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｗｅａｋ ｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ ｍ ａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍ ｏｔｏｒ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃａｒｓ
Ｍ Ａ 一 ．ＺＨ Ｕ Ｍ ｉｎｇ－ｘｉｎｇ
（ ｅⅣ０．３１ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣｈｉｎａ Ａ ｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ ＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｏ＇ｉｎｇ１０００７４，Ｃｈｉｎａ）
１ 引言
用 于 电 动 汽 车 的永 磁 同 步 电 动 机 要 求 能 够 频繁 地起动 、停 车或加 减速 ，还要求能 够在低速 或 者 爬 坡 时输 出高 转 矩 ，并 要 求 能 够 在 宽 转 速 范 围 内平 滑地 调 节 速度 和转 矩 。由于 电动 汽 车 的 电 机 控 制 器 的 直 流 侧 输 入 电压 所 引 起 的 电流 调 节 器的饱和特性 ，电机转矩和功率会过早地下 降 ， 较强 的弱磁性 能可 以在逆 变器容量 不变 的前提 下 提 高 车 辆 的起 动 加 速 能 力 和 爬 坡 能力 ，并 拓 宽 车辆 的转速 调节范 围 ，因此 ，对 电动汽 车用永磁 同步 电动 机进行弱磁 控制 且拓宽其 转速 调节范
马立 丽 ，朱 明星
（中国航 天科工 集团３１研究所 ，北京 １０００７４）
摘要 ：电动汽 车用永磁 同步电动机在基速 以下恒转矩运行 ，在基速 以上恒功 率扩速运行。在 分析永磁 同步 电
动机数 学模型的基础上 ，设计 了一种具有转速控 制和转矩控制两种工作模式的弱磁控 制 系统。该 系统在基于
围具有 过增加定 子的直 轴 电
流 并 利 用 直 轴 的 电 枢 反应 使 电机 气 隙 磁 场 减 弱 ， 达到等效于减弱磁场 的效果 ，从而达到弱磁增速 的 目的 。根 据这 一基本思路 ，学 者们提 出了众多 方 案用于改善 永磁 同步 电机 的弱磁 控制性 能 。Ｂｉｍａｌ Ｋ．Ｂｏｓｅ［ 提 出 了 ６步 电压 法 ，通 过 改 变 电机 的 功 角来达到改变转矩 的 目的 ，该方案对于电机参数 的 依 赖 性 小 ，且 可实 现对 直 流母 线 电压 的最 大 利 用 。为 了解 决 电机从 恒转矩 工况 到弱磁 工况 的切换 问题 ，Ｔｈｏｍａｓ Ｍ． ］提出了前馈弱磁方案。Ｊ．Ｍ．
一种永磁同步电机弱磁控制方法和系统[发明专利]
![一种永磁同步电机弱磁控制方法和系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9d2a0c1e2bf90242a8956bec0975f46527d3a709.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910567051.5(22)申请日 2019.06.27(71)申请人 国电南瑞科技股份有限公司地址 210003 江苏省南京市江宁区诚信大道19号(72)发明人 石春虎 温传新 黄全全 云阳 王蕤 骆健 俞拙非 杨志宏 朱金大 (74)专利代理机构 南京纵横知识产权代理有限公司 32224代理人 董建林(51)Int.Cl.H02P 21/22(2016.01)(54)发明名称一种永磁同步电机弱磁控制方法和系统(57)摘要本发明公开了一种永磁同步电机弱磁控制方法和系统，首先通过电机基速标定实验，获取电机基速全电流域关系数据集；离线数据处理得到基速以上各转速点对应的关系数据集，并拟合考虑非线性效应的MTPV曲线方程，电机基速以上运行时，根据当前转速和目标转矩查关系数据集获得初始目标电流；以逆变器最大输出电压和电压反馈构建弱磁环，将输出叠加到初始交轴电流，并实时计算出满足驱动电流轨迹在当前实际执行的电流圆及考虑非线性效应的MTPV曲线运行的直轴电流。
本发明考虑了电机实际工作时的非线性效应，弱磁效果好，易于实现。
权利要求书3页 说明书7页 附图3页CN 110311611 A 2019.10.08C N 110311611A1.一种永磁同步电机弱磁控制方法，其特征在于，包括步骤：步骤一，在额定直流电压和基速下对永磁同步电机进行标定实验，获取电机基速全电流域关系数据集；步骤二，根据所述电机基速全电流域关系数据集，在基速以上各转速点，将电压调制比按转速等比例放大，并舍去电机基速全电流域关系数据集中电压调制比大于1的对应数据，得到基速以上各转速点对应的关系数据集，提取考虑非线性效应的最大转矩电压比MTPV曲线上的点，并线性拟合MTPV曲线方程；步骤三，根据基速以上各转速点对应的关系数据集及MTPV曲线方程，在电机控制器中执行交轴电流补偿法弱磁控制方法。
混合励磁永磁记忆电机弱磁性能分析
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儆 持电棚 ２ ０ １ ６ 年 第 ４ ４ 卷 电机 弱磁 性 能分 析
ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｉ ｎ Ａｎ ｓ ｏ ｉ ｆ Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｕ ｘ ｗ ｅ ａ ｋ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｗａ ｓ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．Ｒ ｅ ｃ ｏ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｈ ｙ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｒ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｚ ａ — ｉ ｎ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｍａ ｒ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｎｅ ｇ ｔ ｓ ｆ ｌ ｕ ｘ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ．Ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ａ ｘ ｉ ｓ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ＇ ｓ ｌｕ ｆ ｘｌ
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｈ ｙ ｂ ｒ ｉ ｄ ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ（ Ｐ Ｍ）ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｌ ｆ ｕ ｘ ｍ ｅ ｍ ｏ ｒ ｙ ｍｏ ｔ ｏ ｒ（ Ｖ Ｆ ＭＭ）ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
PMSM单电流调节器弱磁控制策略研究
PMSM单电流调节器弱磁控制策略研究摘要在PMSM的数学模型基础上，研究了其基于单电流调节器的两种不同弱磁控制方法，即变交轴电压法和电压角度法，分析了其控制原理，可以看出两种控制方法都具有很好的鲁棒性；对其控制原理进行了比较，可知两种控制方法在直轴电压和交轴电压获取方式不同；分别采用以上两种方法对PMSM进行Matlab/Simulink建模与仿真。
结果表明，电压角度法具有更好的带载能力或升速能力，变交轴电压法具有更加平稳的转速波形且电流波形更佳。
关键词单电流调节器变交轴电压电压角度弱磁控制永磁同步电机0 引言随着稀土永磁材料的发展使得永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）逐渐在一些方面取代了上述两种交流电机，永磁同步电机是用永磁体代替电励磁同步电机的转子，使其具有与异步电机相同的结构简单的优点，而同时又兼顾了电励磁同步电机功率因数高、效率高的优点，基于矢量控制的永磁同步电动机以其优良的控制性能、高功率密度和高效率，越来越多地用于各种高性能伺服系统及其它领域。
PMSM基速以下的矢量控制有cosφ=1控制、id=0控制、MTPA控制等，基速以上采用弱磁控制，为的是能够获得更宽的调速范围。
传统的弱磁控制方法中都有两个电流调节器，分别为id和iq调节器，在进行弱磁控制时，由于电机输入电压达到了极限值，随着电机转速的不断升高，使得控制电路中的直轴和交轴电流调节器饱和，相互之间耦合增强，结果导致电机的电流、转矩和转速难以较好地跟踪给定值，电机的动态性能逐渐变差，更有甚者，使整个系统失去稳定，为此，徐隆亚教授和Song Chi博士提出了一种新颖的弱磁控制策略，该策略中保留直轴电流调节器，而弃掉了与之对应的交轴电流调节器，所以称之为单电流调节器控制。
在PMSM单电流调节器控制的发展过程中，又出现了基于单电流调节器弱磁控制的多种控制方法，每一种控制方法都具有各自的优点，对其中的变交轴电压单电流调节器弱磁控制方法（SCR-VQVC）和电压角度单电流调节器弱磁控制方法（SCR-V AC）分别进行分析研究，得到各自的在PMSM弱磁控制中的优缺点，并运用Matlab/Simulink 对其进行了建模与仿真以验证分析结果。
基于单Q轴电流调节器的永磁同步电机电流轨迹控制
基于单Q轴电流调节器的永磁同步电机电流轨迹控制张梓绥;王琛琛;游小杰;周明磊;王彬【摘要】针对电压矢量角弱磁控制方法无法规划永磁同步电机电流轨迹的问题,提出一种基于单交轴电流调节器的电压矢量角弱磁控制方法.首先基于交/直轴电流平面的永磁同步电机基本电磁关系,分析不同限制曲线之间的关系和电流轨迹变化的情况,通过转矩特性曲线簇规划相应最优电流轨迹;其次通过对最大电压幅值限制下唯一自由度的分析,采用单交轴电流调节器以实现弱磁区域的电流轨迹控制,同时证明所提出方法的稳定性;最后在所搭建的3kW永磁同步电机仿真/实验平台上与现有弱磁优化方法的对比仿真/实验研究结果表明,所提方法完成弱磁/非弱磁平滑切换功能,简化牵引/制动算法并保证系统稳定性,实现良好的电流响应与电流轨迹控制.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)024【总页数】10页(P5779-5788)【关键词】永磁同步电机;弱磁控制;单电流环;电流轨迹【作者】张梓绥;王琛琛;游小杰;周明磊;王彬【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;中车永济电机有限公司永济 044502【正文语种】中文【中图分类】TM351随着现代城市的高速发展，轨道交通系统成为其不可或缺的一部分。
近些年来，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）牵引传动系统因其高功率密度、高效率和高功率因数等优点，在轨道交通系统中逐步地得到了应用[1,2]。
永磁同步电机往往运行于较宽的转速范围。
随着转速的升高，PMSM反电动势将受到变流器直流侧电压限制；为了能在更高的速度范围内稳定运行，永磁同步电机通过弱磁控制以拓宽其调速范围。
传统的弱磁控制方法保留了两个电流调节器，即双电流调节器弱磁控制方法，其控制特点是如何计算或调节出正确的交/直轴电流指令，如何处理高速区电流调节器的电压饱和问题。
基于SVPWM过调制的超前角弱磁控制永磁同步电机的策略研究
基于SVPWM过调制的超前角弱磁控制永磁同步电机的策略研究刘雨石;乔鸣忠;朱鹏【摘要】The control strategy of built-in permanent magnet synchronous motor for electric vehicle was studied,and a control system combining super-angle weakening control and SVPWM overmodulation was proposed.The front angle weak magnetic control used the three closed-loop control of the speed,current and voltage.The motor terminal voltage and the DC side voltage form the voltage control loop,which produced the motor current field.SVPWM overmodulation algorithm could effectively improve the inverter output voltage fundamental amplitude,the motor used the field weakening control mode to achieve the maximum speed after the inverter into the modulation state,the maximum expansion of the speed range.The control system was simulated and the simulation results proved the correctness and feasibility of the theoretical analysis.%研究了电动车用内置式永磁同步电机的控制策略,提出了超前角弱磁控制与空间矢量脉宽调制(SVPWM)过调制结合的控制系统.超前角弱磁控制使用转速、电流和电压的3个闭环控制,电机端电压与直流侧电压组成电压控制环,产生电机弱磁的电流超前角直接给定交直轴电流.SVPWM过调制算法可以有效提高逆变器输出电压基波幅值,电机使用弱磁控制方式达到最大转速后使逆变器进入过调制状态,最大限度扩大转速范围.对该控制系统进行了仿真研究,仿真结果证明了理论分析的正确性和可行性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2018(045)002【总页数】6页(P28-33)【关键词】内置式永磁同步电机;超前角;弱磁控制;过调制【作者】刘雨石;乔鸣忠;朱鹏【作者单位】海军工程大学电气工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电气工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电气工程学院,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TM301.20 引言伴随电力电子技术不断革新，永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)在船舶、电动汽车等众多工业领域受到人们广泛关注[1]。
永磁同步发电机弱磁控制策略的研究
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。
永磁同步电机有限控集模型预测电流控制预测误差分析
永磁同步电机有限控集模型预测电流控制预测误差分析李键;牛峰;黄晓艳;方攸同【摘要】在采用有限控集模型预测电流控制策略的永磁同步电机驱动系统中,预测模型使用的电机参数尤其是定子电感可能与实际值并不匹配,会造成模型预测控制算法存在预测上的误差,进而影响系统稳态控制性能.针对该问题,首先定义了预测误差作为评价指标,然后推导出电流预测误差的数学模型,理论分析表明预测模型使用的d、q轴电感值正向偏差和负向偏差对于d、q轴电流预测误差会产生不一样的影响,且负向偏差影响更大.实验结果验证了上述关于电流预测误差的理论分析,同时对相应的电流稳态跟踪误差进行了实验分析,显示出预测误差对于稳态跟踪性能的影响.得到的预测误差数学模型和分析结论能够为模型预测算法预测误差的降低和控制性能的提升提供理论指导.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2019(023)004【总页数】7页(P1-7)【关键词】有限控集模型预测电流控制;永磁同步电机;参数误差;预测误差【作者】李键;牛峰;黄晓艳;方攸同【作者单位】浙江大学电气工程学院,杭州310027;浙江大学电气工程学院,杭州310027;河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室,天津300130;浙江大学电气工程学院,杭州310027;浙江大学电气工程学院,杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)具有高功率密度、高效率、宽调速范围等优点，已在众多工业领域得到广泛地应用[1]。
PMSM的电流控制普遍采用基于PI控制器的矢量控制策略，但是存在PI参数整定和约束条件处理等问题[2]。
随着数字信号处理器计算性能的快速提升，模型预测控制(model predictive control,MPC)在电机电流控制领域得到了广泛研究，其具有控制结构简单、动态响应快且易于实现多目标控制和非线性约束条件处理等优点[3]。
基于模糊自适应PID的开关磁阻电机滞环-脉宽调制直接瞬时转矩控制
基于模糊自适应PID的开关磁阻电机滞环-脉宽调制直接瞬时转矩控制程勇;曹晓晓【摘要】开关磁阻电机(SRM)具有转矩脉动较大的特点.提出一种结合滞环控制和脉宽调制(PWM)的直接瞬时转矩控制策略解决此类问题.分析了转矩在控制过程中出现大波动的机理,制订了单相区和换相区不同控制方法.考虑到转矩在不同条件下输出特性,将PWM等效策略引入滞环限间,优化了转矩控制效果.加入了模糊自适应PID控制器,提高系统响应性能.仿真结果表明该控制策略响应速度快,能有效地抑制SRM的转矩脉动.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2019(046)001【总页数】8页(P40-47)【关键词】开关磁阻电机;直接瞬时转矩控制器;模糊自适应PID控制器;脉宽调制;转矩脉动【作者】程勇;曹晓晓【作者单位】西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安710054;西安科技大学电气与控制工程学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TM3520 引言开关磁阻电机(SRM)具有结构简单、起动转矩大、运行可靠、调速范围宽以及成本低廉等优点，是一种具有发展潜力的新一代调速电机[1]。
但由于SRM自身的双凸极结构和时变的非线性电磁特性，转矩脉动较大是其较为突出的缺点，会带来转矩波动和噪声、振动等问题[2-3]，影响电机系统的稳定性，制约了SRM的推广与应用。
因此，有效抑制转矩脉动成为研究热点[4-7]。
通过改变控制策略可以优化输出转矩。
文献[8]首次将变结构控制应用于SRM控制中，无须事先掌握电机的特性数据，将转矩脉动看做系统干扰，非线性看作增益偏差，通过系统控制减小SRM的转矩脉动。
文献[6,9-11]研究了SRM的静态矩角特性，根据转矩分配函数(TSF)的特性，优化相关系统设置，实现在线调整，利用加权函数等方法实现转矩脉动的抑制。
文献[4,12-13]将PI和BP神经网络等运用到直接转矩控制器上完成电机的直接转矩控制。
一种优化表插式永磁电机性能的方法
一种优化表插式永磁电机性能的方法
鲍晓华;吴长江;胡云鹏;王春雨
【期刊名称】《电工技术学报》
【年(卷),期】2018(033)002
【摘要】针对表插式永磁同步电机转矩脉动较大的问题,提出在永磁体磁极间开辅助槽的方法提升电机性能.分析磁极间开槽的原理,指出在磁极间开槽能够改善气隙磁场分布,减小反电动势中的谐波含量,进而使电机转矩脉动得到抑制.并且磁极间开槽会改变电机的交、直轴电感,使电机的弱磁扩速能力得到提升.利用有限元分析得出最佳开槽形状,并验证开辅助槽能减少反电动势谐波含量并抑制转矩脉动;通过仿真计算电机电感变化,并对比等效直轴去磁状态下电机的气隙磁通密度波形与以不同最高转速时所需的直轴电流,得出开槽后的表插式永磁同步电机更适合用于弱磁扩速.本文所研究的新结构对提升电机性能有一定的指导意义.
【总页数】7页(P238-244)
【作者】鲍晓华;吴长江;胡云鹏;王春雨
【作者单位】合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009;合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥 230009
【正文语种】中文
【中图分类】TM351
【相关文献】
1.一种表贴式永磁电机磁极结构优化研究 [J], 张炳义;贾宇琪;李凯;冯桂宏
2.基于磁网络的表贴式永磁电机的性能分析 [J], 胡佳;黄晓艳
3.基于最大不失磁电流的表贴式永磁电机性能分析 [J], 毕刘新;王善铭;杨平西
4.表贴式永磁电机偏心削极技术的优化方法 [J], 齐鑫; 吴新振
5.转子有辅助槽的表贴式永磁电机解析法建模与优化 [J], 倪有源;崔征山;王群京因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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Single Current Regulator Flux-Weakening Control of PMSM Based on Current Cross-Coupling Effect
Fang Xiaochun Hu Taiyuan Lin Fei Beijing Yang Zhongping 100044 China ） （ Beijing Jiaotong University Abstract
程如下：
ud Rs id r Lq iq uq Rs iq r ( Ld id f )
式中
（ 1）
u d， uq ——定子终端电压的直轴与交轴分量； id， iq— —定子电流的直轴与交轴分量； Lq ， L d — —电机交直轴电感； Rs——电机定子内阻； ωr — —电机电角速度； ψf — —永磁体磁链。
（ 5）
PMSM 转矩式为
Te
3 pn [ f iq ( Ld Lq )id iq ] 2
（ 6）
142
电 工 技 术 学 报
2015 年 1 月
式中
p n— —电机极对数。 id -iq 坐标平面上，式（ 4 ） ～式（ 6）的电流轨迹
* 电机转速指令恒定 ω * r ，交轴电压固定 u q ，进行
[5,6]
2
PMSM 稳态工作点分析
同步参考坐标系下， 内置式 PMSM 稳态电压方
。在 i d- iq 坐标平面上规划电机定子电流轨迹是
弱磁控制的实现方式。弱磁轨迹可以通过公式计算 法 [7,8] ，查表法 [9,10] ，梯度下降法 [11,12] 以及负直轴电 流补偿法 [13,14] 等弱磁策略得到。电压限制下，随着 PMSM 转速上升， i d- iq 坐标平面上可运行弱磁区域 逐渐减小， id 调节器和 i q 调节器耦合加强，电流调 节器易于饱和而影响电机性能，甚至造成不稳定， 这是双电流调节器弱磁控制的固有缺点 [15] 。 为了 应对 PMSM 双电 流 调节 器 弱 磁 控 制 的上 述缺点，文献 [15] 提出了一种单电流调节器弱磁控 制。该方法不再尝试减小交直轴电流耦合的负面影 响，而是利用这种现象，仅控制直轴电流，完成电 机弱磁运行。固定交轴电压指令，称为电流耦合调 节 定 交 轴 电 压 （ Current Cross-Coupling Regulation With Fixed Q-Axis Voltage, CCR-FQV ）弱磁策略， 电机不能充分利用变流器直流侧电压，效率和负载 能力下降，调速范围变窄。随电机工况改变交轴电 压指令， CCR-FQV 被改进为电流耦合调节变交轴电 压（Current Cross-Coupling Regulation With Variable Q-Axis Voltage, CCR-VQV ）弱磁策略。文献 [15] 基 于电机参数线拟合交轴电压指令，控制鲁棒性差。 文献 [16,17] 通过查表法给定交轴电压指令，可移植 性差。 电压相角法是另一类不需要双电流调节器 的 PMSM 弱磁控制方法，通过交直轴电压夹角确定弱 磁轨迹。文献 [18,19] 通过控制直轴电流或者交轴电 流得到交直轴电压夹角，电压利用率高，参数鲁棒 性好。但是，为满足静态稳定条件，该方法电动状 态只能控制直轴电流，发电状态只能控制交轴电流， 不易于被实际应用。文献 [20,21]通过转矩指令直接 调节电压相角，没有电流调节器，需要采用电机模 型计算最优工作点，否则电机可能进入不稳定域，
图1 Fig.1 PMSM 关键电流轨迹
态工作点为 恒转矩曲线与 U smax 椭圆交点 E 。点 E ′ 偏离了点 E ，定子电流幅值更大，电机效率降低。 负载转矩增加，电机工作点沿电流耦合直线趋 近于点 F′ 。F′ 为 电 流 耦 合 直 线 与 相 应 U smax 椭 圆 交 点 。转矩 Te4 曲线通过点 F ′， Te4 为电流耦合限制下
国家高技术研究发展计划（ 863 计划）（ 2011AA11A101 ）和国家重点基础研究发展计划（ 973 计划）（ 2011CB711106 ）资助项目。 收稿日期 2014-05-29 改稿日期 2014-08-12
第 30 卷第 2 期
方晓春 等ຫໍສະໝຸດ 基于交直轴电流耦合的单电流调节器永磁同步电机弱磁控制
受限于变流器直流侧电压，电机定子端电压合
成矢量幅值 Us 存在最大值 U smax
2 2 2 ud uq U s2 ≤ U smax
（ 2）
PMSM 高速旋转时， 假设定子电阻 Rs 压降相较
于电机反电势可忽略，稳态电压方程简化为
ud r Lq iq uq r ( Ld id f )
2015 年 1 月 第 30 卷第 2 期
电 工 技 术 学 报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.30 Jan.
No. 2 2015
基于交直轴电流耦合的单电流调节器 永磁同步电机弱磁控制
方晓春 胡太元 林 飞
北京
杨中平
100044 ）
CCR-FQV 弱磁工作点分析，如图 3 所示。
示 意 图 如 图 1 所 示 。 MTPA （ maximum torque per
ampere ）为最大转矩电流比曲线。若电机输出转 矩
T e2 ，低速段工作于点 B ，为 MTPA 与 Te2 交点。电 机转速 ω r 增加， Usmax 椭圆范围逐渐缩减。 ω r =ωr1 ， Usmax 椭圆通过点 B 。当 ω r ＞ ω r1 ，如 ω r =ωr2 ，点 B 位 于 Usmax 椭圆外，电机需进行弱磁控制。此时 Te2 曲 线、 Usmax 椭圆、 I smax 圆三者的交集为 CD 段曲线， 电机弱磁工作点包含其中。 T e2 曲线与 Usmax 椭圆右 侧交点 C，输入电压被充分利用，且定子电流幅值 最小，为电机弱磁最优工作点。
（ 3）
将式（ 3）代入式（ 2 ）可得
U ( Lq iq ) 2 ( Ld id f ) 2 ≤ smax r
2
（ 4）
另一方面，受系统温升约束，电机定子电流合 成矢量幅值 Is 不能超过最大允许值 Ismax
2 2 2 id iq I s2 ≤ I smax
Single current regulator flux-weakening control based on the d-q current cross-
coupling effect is a novel strategy for PMSM(permanent magnet synchronous motor). This fluxweakening strategy can solve the problem that two current regulators of traditional algorithms conflict with each other in high speed operation region and lead to poor system performance. Q-axis voltage given scheme is a key issue of this method, which influences PMSM’s voltage utilization ratio, efficiency and load capability. Based on voltage equation of PMSM, this paper describes the basic principle of flux-weakening control based on the d-q current cross-coupling effect and presents a modified control method. The disadvantages of existing control methods and the expected results of the proposed control method are analyzed by using stator current trajectory in i d- i q coordinate plane. Dynamic control process is analyzed in the range of small signal. The modified control method can adjust q-axis voltage to motor operating condition. It does not depend on motor parameters or look-up table, and is easy to achieve. This method is verified by the results of simulation and experiment. Keywords ： PMSM, flux-weakening control, current cross-coupling, single current regulator, q-axis voltage
（北京交通大学电气工程学院 摘要
基于交直轴电流耦合的单电流调节器弱磁控制是一种新颖的永磁同步电机弱磁策略 ，
能够解决双电流调节器在电机高速域相互冲突而易于饱和的问题。交轴电压指令如何确定是此方 法的研究重点，直接影响电机的电压利用率、效率以及负载能力。该文基于电机电压方程对电流 耦合调节弱磁控制基本原理进行描述，并提出改进的控制方法。利用 id -iq 坐标平面上的定子电流 轨迹，对现有方法的缺点和所提出方法的预期控制效果进行了分析。在小信号范围内，对所提出 方法的动态控制过程和可控性进行了阐述。所提出的电流耦合调节变交轴电压弱磁控制策略，交 轴电压指令根据电机工况自行调节，无需查表，且不依赖电机参数，易于实现。仿真和实验结果 验证了所提方法的可行性和性能优势。 关键词： 永磁同步电机 中图分类号： TM351 弱磁控制 交直轴电流耦合 单电流环 交轴电压