考虑磁场饱和的电动汽车用永磁电机控制仿真
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ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄ－ａｘｉｓ ａｎｄ ｑ－ａｘｉｓ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｆ ｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ幽 ａｘｉｓ
ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｒｏｓｓ·ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｍｐａｃｔ ０ｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｓ ｗｅｒｅ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｉｄ ０ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏ１． Ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｐｅｒ ｆｏｒ ｍ ａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍｏｒｅ ｆｕｌｌｙ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ａｃｃｕｒａｔｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ．
收 稿 日期 ：２０１５—０３—０５ 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目（５ １ １０７０２２）；黑龙 江省政府 博士后 科研启 动基金资助项 目（ＬＢＨ—Ｑ１２０６１）；黑龙江 省普通 高等学
校新世纪优秀人才培养计划项 目（１２５２一ＮＣＥＴ一０１５）；黑龙江省 自然科学基金资助项 目（Ｅ２０１４４３）；哈尔滨市科 技创新人才 研究专项资金 （青年后备人才）资助项 目（ＲＣ２０１４ＱＮ００７００５） 作者简介 ：谢 颖（１９７４一 ），女 ，黑龙江哈 尔滨 人 ，教授（ｘｉｅｙｉｎｇ一１９７５＠１６３．ｔｏｎｉ），主要从 事 电机 内电磁场 、温度场 、振 动噪声计算 及感应
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｗａｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｓｉｎｇｌｙ ｉｎ ｍｏｔｏｒ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒ ｃｈａｎｇｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｕｔｉｌｉｚｅｄ ｍｏｔｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｑ ａｘｉｓ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔａｋｉｎｇ ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ， ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｆｏｒ ２Ｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｍ ａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍ ｅｔｈｏｄｓ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｑ ａｘｉｓ ｆｌｕｘ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｄｑ ａｘｉｓ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｓ ｗｉｔｈ
一
３７ Ｎ９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—７７７５．２０１６．０１．０１２
考 虑 磁 场 饱 和 的 电动汽 车用 永 磁 电机 控 制 仿 真
谢 颖 ，葛红岩 ，连 国一
（哈尔滨理工大学 电气与 电子工程学 院，黑龙江 哈尔滨 １５００８０）
摘要 ：针对电机弱磁控制 系统 中电机参数选取单一 ，没有考虑到 电机不同工况下的参数变化 ，而导 致 没有 充 分利 用电机 性 能的 问题 ，研 究 了交直轴 电感 变化 对弱磁 控 制 系统 的影响 ．以一 台电动 汽车 用永磁 同步 电机 为例 ，分 别 建立 了电机 的二 维磁 场模 型和 在 不 同矢量控 制 方法 下的数 学模 型 ．根 据 交直轴磁链方程 ，考虑交直轴磁路耦合对磁场饱和的影响，利用有限元法计算了不同交直轴电流下 的交直轴电感．将得到的电感矩阵代入 ｉ ＝０控制 、弱磁控制等矢量控制 系统中，比较在不 同控制 方法下考虑磁场饱和与不考虑磁场饱和的电机控制特征 量．结果表 明考虑磁 场饱和的弱磁控制 系 统能够更充分地利用电机的性能 ，同时在仿真中能更准确地计算电机性能． 关键词 ：电动 汽 车 ；永磁 同步 电机 ；磁 场饱 和 ；交直轴 电感 ；控 制 方 法 中图分类号：ＴＭ３０１．４ 文献标志码 ：Ａ 文章编号：１６７１—７７７５（２０１６）０１—００６０—０７
引文格式 ：谢 颖 ，葛红岩 ，连 国一．考虑磁 场饱和 的电动汽 车用永磁 电机控制仿 真 ［Ｊ］．江苏大学学 报 （自然 科学版 ），２０１６，３７
（１）：６０～６６．
Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍ ｏｔｏｒ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ
ＸＩＥ ｙ ，ＧＥ Ｈｏｎｇｙａｎ，ＬＩＡＮ Ｇｕｏｙｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎ￣ｉａｎｇ １５００８０，Ｃｈｉｎａ）
ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｒｏｓｓ·ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｍｐａｃｔ ０ｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｓ ｗｅｒｅ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｉｄ ０ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏ１． Ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｐｅｒ ｆｏｒ ｍ ａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍｏｒｅ ｆｕｌｌｙ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ａｃｃｕｒａｔｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ．
收 稿 日期 ：２０１５—０３—０５ 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目（５ １ １０７０２２）；黑龙 江省政府 博士后 科研启 动基金资助项 目（ＬＢＨ—Ｑ１２０６１）；黑龙江 省普通 高等学
校新世纪优秀人才培养计划项 目（１２５２一ＮＣＥＴ一０１５）；黑龙江省 自然科学基金资助项 目（Ｅ２０１４４３）；哈尔滨市科 技创新人才 研究专项资金 （青年后备人才）资助项 目（ＲＣ２０１４ＱＮ００７００５） 作者简介 ：谢 颖（１９７４一 ），女 ，黑龙江哈 尔滨 人 ，教授（ｘｉｅｙｉｎｇ一１９７５＠１６３．ｔｏｎｉ），主要从 事 电机 内电磁场 、温度场 、振 动噪声计算 及感应
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｗａｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｓｉｎｇｌｙ ｉｎ ｍｏｔｏｒ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒ ｃｈａｎｇｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｕｔｉｌｉｚｅｄ ｍｏｔｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｑ ａｘｉｓ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔａｋｉｎｇ ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ， ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｆｏｒ ２Ｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｍ ａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍ ｅｔｈｏｄｓ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｑ ａｘｉｓ ｆｌｕｘ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｄｑ ａｘｉｓ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅｓ ｗｉｔｈ
一
３７ Ｎ９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—７７７５．２０１６．０１．０１２
考 虑 磁 场 饱 和 的 电动汽 车用 永 磁 电机 控 制 仿 真
谢 颖 ，葛红岩 ，连 国一
（哈尔滨理工大学 电气与 电子工程学 院，黑龙江 哈尔滨 １５００８０）
摘要 ：针对电机弱磁控制 系统 中电机参数选取单一 ，没有考虑到 电机不同工况下的参数变化 ，而导 致 没有 充 分利 用电机 性 能的 问题 ，研 究 了交直轴 电感 变化 对弱磁 控 制 系统 的影响 ．以一 台电动 汽车 用永磁 同步 电机 为例 ，分 别 建立 了电机 的二 维磁 场模 型和 在 不 同矢量控 制 方法 下的数 学模 型 ．根 据 交直轴磁链方程 ，考虑交直轴磁路耦合对磁场饱和的影响，利用有限元法计算了不同交直轴电流下 的交直轴电感．将得到的电感矩阵代入 ｉ ＝０控制 、弱磁控制等矢量控制 系统中，比较在不 同控制 方法下考虑磁场饱和与不考虑磁场饱和的电机控制特征 量．结果表 明考虑磁 场饱和的弱磁控制 系 统能够更充分地利用电机的性能 ，同时在仿真中能更准确地计算电机性能． 关键词 ：电动 汽 车 ；永磁 同步 电机 ；磁 场饱 和 ；交直轴 电感 ；控 制 方 法 中图分类号：ＴＭ３０１．４ 文献标志码 ：Ａ 文章编号：１６７１—７７７５（２０１６）０１—００６０—０７
引文格式 ：谢 颖 ，葛红岩 ，连 国一．考虑磁 场饱和 的电动汽 车用永磁 电机控制仿 真 ［Ｊ］．江苏大学学 报 （自然 科学版 ），２０１６，３７
（１）：６０～６６．
Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍ ｏｔｏｒ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ
ＸＩＥ ｙ ，ＧＥ Ｈｏｎｇｙａｎ，ＬＩＡＮ Ｇｕｏｙｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎ￣ｉａｎｇ １５００８０，Ｃｈｉｎａ）