混合动力汽车用永磁同步电机直接转矩弱磁控制
永磁同步电机弱磁控制原理
永磁同步电机弱磁控制原理永磁同步电机是一种高效、高性能的电机，具有高转矩密度、高效率、高精度等优点，因此在工业生产中得到了广泛应用。
然而，永磁同步电机在运行过程中，由于磁场的不稳定性，容易出现磁场失稳、转速波动等问题，影响了电机的性能和稳定性。
为了解决这些问题，人们提出了弱磁控制原理，通过控制电机的磁场，使其保持稳定，从而提高电机的性能和稳定性。
弱磁控制原理是指在永磁同步电机运行过程中，通过控制电机的磁场，使其保持在一定的范围内，从而保证电机的性能和稳定性。
具体来说，弱磁控制原理包括两个方面：一是控制电机的磁场强度，二是控制电机的转速。
控制电机的磁场强度是弱磁控制原理的核心。
在永磁同步电机中，磁场的强度直接影响电机的性能和稳定性。
如果磁场过强或过弱，都会导致电机的性能下降或者失稳。
因此，弱磁控制原理要求控制电机的磁场强度在一定的范围内，既不能过强，也不能过弱。
具体来说，可以通过控制电机的电流来控制磁场的强度。
当电机的电流过大时，磁场会过强，导致电机失稳；当电流过小时，磁场会过弱，导致电机性能下降。
因此，弱磁控制原理要求控制电机的电流在一定的范围内，从而控制磁场的强度。
控制电机的转速也是弱磁控制原理的重要方面。
在永磁同步电机中，转速的稳定性直接影响电机的性能和稳定性。
如果转速波动过大，会导致电机的性能下降或者失稳。
因此，弱磁控制原理要求控制电机的转速在一定的范围内，既不能过快，也不能过慢。
具体来说，可以通过控制电机的电流和电压来控制转速的稳定性。
当电机的电流和电压过大时，转速会过快，导致电机失稳；当电流和电压过小时，转速会过慢，导致电机性能下降。
因此，弱磁控制原理要求控制电机的电流和电压在一定的范围内，从而控制转速的稳定性。
弱磁控制原理是一种有效的控制永磁同步电机的方法，可以提高电机的性能和稳定性。
在实际应用中，可以通过控制电机的电流和电压来控制磁场的强度和转速的稳定性，从而实现弱磁控制。
同时，还可以采用先进的控制算法和控制器，提高电机的控制精度和稳定性，进一步提高电机的性能和稳定性。
电动汽车永磁同步电动机弱磁调速研究.
摘要本文围绕电动汽车用永磁同步电动机(PMSM调速系统展开工作，主要从控制角度研究扩展PMSM的调速范围。
永磁同步电动机具有体积小、效率高以及功率密度大等优点，特别是内置式PMSM具有较宽的弱磁调速能力。
上个世纪80年代以来，随着稀土永磁材料性价比的不断提高，以及电力电子器件的快速发展，永磁同步电动机的研究也进入了一个新的阶段。
矢量控制理论是交流调速领域的一个重大突破。
本论文详细讨论了永磁同步电动机的矢量控制，在推导其精确数学模型的基础上，分析了永磁同步电动机的几种矢量控制策略，包括了id=0控制、co sφ=1控制以及最大转矩/电流控制方式。
弱磁控制是永磁同步电动机矢量控制的前沿课题。
论文分析了永磁同步电动机弱磁调速原理，提出了三种特殊转子结构的新弱磁方案。
本文还围绕电动汽车用永磁同步电动机调速系统的硬件开发展开工作。
以TI公司专用于电机控制的TMS320LF2407A型数字信号处理器(DSP作为核心，开发了全数字化的PMSM矢量控制调速系统，并完成相应的系统硬件设计。
最后对所设计的电动汽车用永磁同步电动机驱动系统进行了初步的实验验证，表明采用本文所提出的全速范围弱磁控制算法具有较快的动态响应速度，可以满足调速系统弱磁性能要求。
关键词：永磁同步电动机；矢量控制；弱磁控制；控制器AbstractThis dissertation is devoted to the study on Permanent magnet synchronous motor (PMSM drive system for electric vehicle (EV application. It is mainly to improve the control of motors, then expand the scope of the motor speed. PMSM has the advantage of small volume, high efficiency and power density, especially inner permanent magnet synchronous motor have the ability of wide field-weakened operation. Therefore there search on PMSM has entered a new stage since the 1980’s with the improvement of ratio between the performance and the price of the rare earths PM material and the development of the power electronics devices. Vector control (VC theory is a great breakthrough in the AC speed control field. Also details of the VC of PMSM is presented in the paper，and the analysis of several circuit control strategies of VC theory applied to the PMSM control，which include theid=0 control，cosφ =1 control and the max torque/current control. The paper discusses the theory of weaking flux speed control of PMSM which is a new development direction. Then it brings out three new weaking flux plans，which have special rotor structures. This dissertation is devoted to the study of hardware on PMSMdrive system for EV application. Based on TI company DSP special-designed for motor control on TMS320LF2407A designs and develops a full-digital PMSM vector control system, and hardware of the system is accomplished. Finally, the experiment has been done for the drive which design in the paper. Result of the experiment indicate validity of the field-weakening method which introduced in the paper.Key word : PMSM Vector control field-weakened operation controller目录1 绪论 31.1 课题背景及意义 31.2电动汽车的发展现状及趋势 51.2.1 国内外主要国家电动汽车发展情况 51.2.2 电动汽车的发展趋势 71.3 永磁同步电动机弱磁控制研究现状 81.3.1从改进控制方法角度提高永磁同步电动机的弱磁能力 81.3.2从电机结构设计提高永磁同步电动机的弱磁能力 91.4 课题主要工作 92 电动汽车永磁同步电动机弱磁调速控制策略分析 102.1 永磁同步电动及数学模型 102.2 永磁同步电动机矢量控制原理 152.3 永磁同步电动机矢量控制基本电磁关系 162.3.1 电压极限椭圆 162.3.2 电流极限圆 182.3.3 恒转矩轨迹 182.3.4 最大转矩/电流轨迹 192.4 永磁同步电动电流控制策略 192.4.1 i d=0控制 192.4.2 控制 212.4.3 最大转矩/电流控制 222.4.4三种电流控制策略的比较 252.5 永磁同步电动机的弱磁控制 262.5.1 永磁同步电动机弱磁控制的基本原理 262.5.2 最大输入功率弱磁控制 292.5.3 永磁同步电动机弱磁扩速能力的提高 302.5.4 永磁同步电动机弱磁扩速困难原因分析 312.5.5 永磁同步电动机弱磁扩速方案 322.6 本章小结 343 电动汽车用永磁同步电动机的DSP控制 343.2电动汽车电机调速系统主电路设计 353.3 基于TMS320LF2407A DSP的电动汽车电机调速系统控制电路设计 353.3.1 速度给定模块 363.3.2 电机相电流检测电路 373.3.3 位置检测接口电路 383.3.4 PWM信号输出及动作保护电路 393.4 软件控制简要说明 403.5 转子位置与速度检测 413.5.1 转子位置检测 423.5.2 转子速度检测 433.5.3 最小和最大转速计算 431 绪论1.1 课题背景及意义汽车自1866年诞生以来，应用越来越广泛，技术不断发展，已经成为衡量一个国家物质生活和科学技术发展水平的重要标志，汽车工业己经成为世界经济和各国经济发展的支柱产业。
新能源汽车新型电机的设计及弱磁控制
新能源汽车新型电机的设计及弱磁控制新能源汽车的发展是当前汽车行业的热点之一，而电机作为新能源汽车的核心部件之一，其设计及弱磁控制技术的研究与应用也备受关注。
本文将从新能源汽车电机的设计以及弱磁控制两个方面进行探讨。
一、新能源汽车电机的设计新能源汽车电机的设计是保证其高效、稳定、可靠运行的关键。
首先，电机的功率和转速需与车辆的需求相匹配，以确保车辆性能的高效和稳定。
其次，电机的结构和材料选择应考虑到轻量化和散热性能，以提高车辆的续航里程和承载能力。
此外，电机的控制系统也需要具备高效率、快速响应和精准控制的特点，以满足不同驾驶场景下的需求。
针对以上需求，新能源汽车电机的设计通常采用无刷直流电机（BLDC）或永磁同步电机（PMSM）。
这两种电机具有高效率、高功率密度、高扭矩、低噪音和可靠性好等优点，逐渐成为新能源汽车的首选电机类型。
同时，设计者还需要考虑电机的永磁体材料、绕组结构、冷却系统等方面的优化，以提高电机的性能和可靠性。
二、新能源汽车电机的弱磁控制弱磁控制技术是新能源汽车电机控制领域的重要研究方向之一。
传统的电机控制方法通常采用定磁转矩控制或恒磁转矩控制，但这些方法在低转速和低负载情况下容易产生振动和噪音，同时也会降低电机的效率。
而弱磁控制技术可以有效解决这些问题。
弱磁控制技术通过改变定子电流的相位和振荡频率，实现对电机转矩和速度的精确控制。
其核心思想是在低转速和低负载情况下，通过减小定子电流的幅值，使电机工作在弱磁状态下，从而降低振动和噪音，提高电机的效率。
同时，弱磁控制技术还可以实现对电机转矩的精确控制，使车辆在起步、行驶和制动等不同工况下具备更好的驾驶性能和舒适性。
弱磁控制技术的实现主要依赖于先进的电机控制算法和控制器的设计。
目前，常用的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
这些算法可以根据电机的输出信号和目标转矩进行自适应调节，以实现对电机转矩和速度的精确控制。
同时，控制器的设计也需要考虑到实时性、可靠性和抗干扰性等因素，以确保电机控制系统的稳定性和可靠性。
混合动力汽车系统中的永磁同步电机控制研究
ｏ ｔ ｉ ｔ ｎ ｗ ｓａ ｈｅｅ ． ｈ ｅｕ ｓｆ ｍ Ｓｍ ｌ ｉｎ ａ ｄ ｔｅｒａ ｐａ ｏｍ ｅｐ ｒ ｅ ｔｖｒｙ ｔｅｆａｉｉｔ ａｄ ｐｉ ｚ ｉ ａ ｃ ｉ ｄ Ｔ ｅ ｒｓｌ ｒ ｉ ｕａ ｏ ｎ ｈ ｅｌ ｌ ｆ ｘ ｅ ｍ ｎ ｅ ｆ ｈ ｅｓ ｌｙ ｎ ｍ ａｏ ｖ ｔ ｏ ｔ ｔｒ ｉ ｉ ｂ ｉ
量， 充分利 用变流器所能提供 的电压和 电流容量 ， 以维持 系统运行所需要的转矩输 出， 使得每个时刻电机都能充分利用变流器资源
并输出最大功率 ， 可靠性 和动态性能都很 理想 ， 实现了能量最优化 ， 仿真实验和实际平 台实验验证了该方法 的可行性和优越性。 关键词 Ｍ Ｐ ＴＡ 弱磁调速 最大功率输 出 混合动力
在图 ２所示 的 Ｏ Ａ段 上的每一点所对应 的转矩下 ，其 电压
到变流器所能提供的极限电压时， 如果想继续提速 ， 这就需要利 电流处于旋转坐标第二象限）当电机运行速度达到弱磁转折速 。
用 电枢反 应减弱定子磁 场 ， 即增加定子 轴 （ 直轴 ） 电流 （ 定子 极限圆对应的转速即为该 转矩 下的转折速度 ，随着负载转矩 的 加大 ， 转折速度就变得越来越低 ， 满载时所对应 的转折速度 为基
实现 电机的弱磁升速 ， 但是同样存在低速时转 矩脉动 的缺点 。 文 运行 。 ・
３ 办公 自动化 杂 志 ６‘
１ ＭＴ Ａ 轨 迹 控 制 、 Ｐ
…
从 电动机启 动 ，一直 到端 电压达到变流器所能提供 的电压 极 限值 ，这 个 阶段 的 电机 电动 过 程 采 用 ＭＴ Ａ控 制 策 略 ，此 时 Ｐ
２ 弱 磁 控 制 、
当 电 机 按 Ｍ Ｐ 轨迹 运行 ， 速 度 达 到 转 折 速 度后 ， 时 端 ＴＡ 其 此
电动汽车用永磁同步电机直接转矩弱磁控制
电动汽车用永磁同步电机直接转矩弱磁控制许峻峰1 冯江华2 许建平11.西南交通大学2.株洲电力机车研究所 摘要:通过对电流限定轨迹、转速限定轨迹和负载角限定轨迹的介绍,阐述了电动汽车用埋入式永磁同步电机的弱磁控制过程,有效拓宽了永磁同步电机直接转矩控制系统的调速范围。
由于永磁同步电机弱磁是通过电枢反应达到弱磁运行目的的,电枢反应对永磁同步电机的参数有着重要的影响,并且弱磁程度越高,电枢反应越大。
因此考虑了永磁同步电机的电枢反应对于电机转子磁链和交直轴电感等参数的影响,对比了不考虑电枢反应时各控制轨迹及弱磁性能。
通过M AT LAB/SIM ULINK实现了考虑电枢反应和不考虑电枢的永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。
仿真结果验证了理论分析的正确性。
关键词:电动汽车 永磁同步电机 直接转矩 弱磁控制Flux-weakening C ontrol of Direct Torque C ontrol of PermanentMagnet Synchronous Motor for Electrical VehicleXu Junfeng Feng Jiang hua Xu JianpingAbstract:Flux-w eakening control of interior permanen t magnet s ynchr on ou s motor(PM SM)is elaborated by th e pres entation of current limit trajectory,speed limit trajectory and load angel limit tr ajectory.Flux-w eaken ing control extends th e timin g range of the mach ine.For PM SM,flux-w eakening is realized by armatur e reaction.In flux-w eak enin g range,ar mature reaction w ill serious ly affect th e parameters of PM S M s uch as rotor flux,direct ax is inductance and quadrature axis ind uctan ce.T he control trajectories mention ed above and flux-w eakening contr ol performance of w ith and w ithout cons idering arm ature reaction are compared us ing M AT LAB/SIM U LINK.T he ration ality of theory analysis h as b een proved b y s imulation r esu lts.Keywords:electrical vehicle perman ent magnet synchronous motor(PM S M) direct torqu e control flux-w eakening control1 引言电动汽车对于驱动系统的基本要求是:低速时能输出恒定转矩,以适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求,高速时能输出恒定功率,能有较宽的调速范围,适应高速行驶,超车等要求。
混合动力电动汽车用永磁同步电动机调速系统研究
混合动力电动汽车用永磁同步电动机调速系统研究天津大学硕士学位论文混合动力电动汽车用永磁同步电动机调速系统研究姓名：赵峰申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：夏超英20031201摘要当前，永磁同步电动机（ＰＭＳＭ）调速系统的研究已经日渐成熟，但是要满足混合动力电动车（ＨＥＶ）驱动器的特殊要求还是存在一些问题，本文主要针对弱磁和调节器设计两个问题作了详尽的研究。
首先，对不同种类的电机作了比较，对不同的定予＿电流和气隙磁场下永磁电机特性也作了比较，选择了永磁同步电机（ＰＭＳＭ）作为混合动力电动汽车的驱动电机。
然后，讨论了不同的凸极率ｐ和弱磁率亭下的ＰＭＳＭ弱磁特性的差异，并且提出了ｄｑ平面的等功率曲线，在此基础上给出了最大功率弱磁的算法，同时给出了混合动力汽车全速范围内ＰＭＳＭ的电流控制策略。
紧接着，分析了ＰＭＳＭ回馈制动的本质，提出了最大功率的回馈制动策略，并且讨论了其制动特性。
接下来，分析了普通ＰＩ调节器的特性，以及在调节器饱和后的存在的缺点，提出了预测前馈补偿算法，并对其稳定性和最佳增益作了详细研究。
最后，简单介绍了由ＢＳＰＴＭＳ３２０Ｉｆ２４０７为核心组成的实际驱动系统实现，对离散系统的一拍滞后作了简单分析，并对位置的一拍滞后给出了补偿方法。
关键词：混合动力回馈制动永磁同步电动机最大功率弱磁预测前馈补偿ＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｅｒｅｓｅｒｐｈｅｓｏｆＰＭＳＭｄｒｉｖｅｒｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｗｅｌｌａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｂｕｔｔｈｅｒｅｓｔｉｌｌｅｘｉｓｔｓｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｅｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｄｅｍａｎｄｓｏｆｔｈｅＨＥＶ（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＶｅｈｉｃｌｅ）ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｅｓｉｇｎｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｔｌｅｎｇｔｈｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｍｏｔｏｒｓａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍｏｔｏｒｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｔｏｒｃｕｒｒｅｎｔａｎｄａｉｒ－ｇａｓｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．ＡｎｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｆＰＭＳＭ）ｉｓｃｈｏｓｅｎ船ｔｈｅｄｒｉｖｅｍｏｔｏｒｏｆｔｈｅＨＥＶ．Ｔｈｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓａｌｉｅｎｃｙｒａｔｉｏ（ｐ）ａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｒａｔｉｏ（善）ａｔｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，．ｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｗｅｒｃｕｒｖｅｉｎｄ＿ｑｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅｉｓｇｉｖｅｎ，ａｎｄｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｗｉｔｈｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒａｎｄｔｈｅｃｕｌＴｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＰＭＳＭｗｉｔｈｉｎｉｔｓｆｕｌｌｓｐｅｅｄｉｎＨＥＶａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｗｈｉｃｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｂｒａｋｉｎｇｏｆＰＭＳＭａｎｄｔｈｅｃｈａｍｃｔｅｒｅｓｏｆｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｂｒａｋｉｎｇａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｇｅｎｅｒａｌＰＩｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｔｈｅｄｅｍｅｒｉｔｓｏｆｉｔａｆｔｅｒｓａｔｕｒａｔｉｏｎａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｆｏｒｅｃａｓｔｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｏｐｔｉｍａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｉｔａｌｅｓｔｕｄｉｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＤＳＰｏｆＴＭＳ３２０１ｆ２４０７ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｔｈｅｌａｇｏｆｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｗｈｉｃｈｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＶｅｈｉｃｌｅ（ＨＥＹ）Ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）Ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｆｌｕｘ－ｗｅａｋｉｎｇｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｅｃａｓｔ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫盗盘茎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
电动汽车用开绕组永磁同步电动机直接转矩控制
空间矢量调制主要关注的是逆变器的调 制输出，而直接转矩控制则更关注电动
机的转矩控制。
改进的直接转矩控制算法
为了提高直接转矩控制的性能，一些 改进的算法被提出。
另一种改进方法是采用滑模变结构控 制策略，通过在定子磁链轨迹周围引 入滑模面来提高系统的鲁棒性和响应 速度。
其中一种改进方法是采用预测控制策 略，通过预测未来的转矩需求和磁链 轨迹来优化控制输出。
加强系统监测与维护
定期对系统进行检查和维护， 保证系统的正常运行。
05
结论与展望
研究成果总结与结论
矢量控制策略优化
实验验证
通过改进矢量控制策略，提高了电动 机的效率和性能。
通过实验验证，证明了所提方案在电 动汽车用开绕组永磁同步电动机上具 有良好的应用效果。
直接转矩控制算法改进
针对传统直接转矩控制算法的不足， 提出了新的改进方案，有效提高了控 制的准确性和响应速度。
方法
采用理论分析和实验研究相结合的方法，首先建立开绕组永磁同步电动机的数学模型，然后设计相应的控制算法 并进行实验验证。具体方法包括：基于电压矢量图的电压矢量选择策略、基于磁场定向控制的电流矢量计算方法 、以及基于深度学习的转矩预测与控制算法等。
02
开绕组永磁同步电动机基 本原理
电动机结构与工作原理
意义
直接转矩控制能够提高电动汽车的驱动性能和效率，同时还 能实现精确的速度控制和转矩控制，对于提高电动汽车的续 航里程、降低能源消耗、减少环境污染等方面具有重要作用 。
研究现状与发展
现状
目前，国内外学者对开绕组永磁同步电动机的直接转矩控制已经进行了广泛的研 究，提出了许多不同的控制策略和方法，如基于电压矢量图的直接转矩控制、基 于最优理论的直接转矩控制、基于神经网络的直接转矩控制等。
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．
永磁同步电动机弱磁控制方法研究
永磁同步电动机弱磁控制方法研究
永磁同步电动机是一种高效、高功率密度的电动机，具有广泛的应用前景。
然而，在低速和负载突变情况下，永磁同步电动机容易出现弱磁问题，导致性能下降甚至无法正常工作。
因此，研究永磁同步电动机的弱磁控制方法具有重要意义。
首先，弱磁控制方法的研究需要充分了解永磁同步电动机的工作原理和特性。
永磁同步电动机由永磁体和同步电机部分组成，通过控制电流和磁场来实现电动机的运行。
在弱磁情况下，电机的磁场强度不足，导致输出扭矩下降。
针对永磁同步电动机弱磁问题，研究者提出了多种解决方案。
一种常用的方法是增加励磁电流来增强磁场强度，但这样会增加功耗和成本。
另一种方法是通过优化控制策略来减小弱磁对电机性能的影响。
在控制策略方面，研究者提出了磁场观测器和自适应控制算法等方法。
磁场观测器通过测量电机终端电压和电流来估计电机磁场，从而实现对弱磁的实时监测和控制。
自适应控制算法则根据电机的工作状态和负载情况来调整控制参数，以提高电机的响应速度和稳定性。
此外，还有一些新兴的弱磁控制方法值得关注。
比如，基于神经网络的控制方法可以通过学习电机的非线性特性来提高电机
的弱磁控制性能。
另外，基于模型预测控制的方法可以通过建立电机的数学模型来预测电机的动态响应，并根据预测结果进行控制。
综上所述，永磁同步电动机的弱磁控制方法研究具有重要意义。
通过合理选择控制策略和优化控制参数，可以有效解决永磁同步电动机的弱磁问题，提高电机的性能和可靠性。
未来的研究可以进一步探索新的控制方法和技术，以适应不同工况和应用场景的需求。
车用永磁同步电机弱磁控制技术发展现状与趋势
车用永磁同步电机弱磁控制技术发展现状与趋势一、引言车用永磁同步电机是目前电动汽车和混合动力汽车中广泛使用的一种电机类型。
它具有高效率、高功率密度、高控制精度等优点，但在弱磁区域内，其性能表现不如传统感应电机。
因此，对于车用永磁同步电机的弱磁控制技术的研究具有重要意义。
二、弱磁控制技术的意义车用永磁同步电机在弱磁区域内的性能表现不如传统感应电机，这主要是由于其转子永磁体在弱磁场下容易饱和，导致转子反转电势下降。
因此，在实际应用中，需要对车用永磁同步电机进行弱磁控制以提高其性能。
三、弱磁控制技术的发展现状1. 直接转换法直接转换法是最早被提出并得到广泛应用的一种弱磁控制方法。
该方法通过改变逆变器输出相电压或相位角来改变永磁体中的反向电势和反向转子扭力，从而实现对永磁体饱和的控制。
但该方法需要对逆变器进行精细调节，且在高速运行时易出现振荡和不稳定现象，因此应用受到限制。
2. 间接转换法间接转换法是一种基于电流控制的弱磁控制方法。
该方法通过改变逆变器输出电流来改变永磁体中的反向电势和反向转子扭力，从而实现对永磁体饱和的控制。
与直接转换法相比，间接转换法具有更好的稳定性和可控性。
3. 动态反电势调节法动态反电势调节法是一种基于反电势动态调节的弱磁控制方法。
该方法通过监测永磁体中的反向电势并根据其大小来动态调节逆变器输出相电压或相位角，从而实现对永磁体饱和的控制。
该方法具有响应速度快、稳定性好等优点。
四、弱磁控制技术的发展趋势1. 模型预测控制模型预测控制是一种基于数学模型预测未来状态并根据预测结果进行优化决策的控制方法。
在车用永磁同步电机的弱磁控制中，模型预测控制可以通过建立精确的数学模型来预测永磁体饱和的情况，并根据预测结果进行优化控制。
2. 神经网络控制神经网络控制是一种基于神经网络模型的智能化控制方法。
在车用永磁同步电机的弱磁控制中，神经网络控制可以通过训练神经网络模型来实现对永磁体饱和的自适应控制。
电动汽车永磁同步电机最优弱磁控制策略
[ Ａｂｓｔｒａｃｔ] Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒꎬ ａ ｆｉｅｌｄ￣ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎ￣ ｔｒｏｌ ａｓ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ. Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｔｏｒｑｕｅ ａｎｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｏｆｆ￣ｌｉｎｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ. Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ ａｎｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔａｒｇｅｔ ｔｏｒｑｕｅꎬ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ￣ｗｅａｋｅｎｅｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ｄ￣ｑ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ａｒｅ ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ ｕｐｄａｔｅｄ ａｎｄ ｍｏｖｅ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｐｅａｋ ｔｏｒｑｕｅ ｏｖｅｒ ｃｕｒｒｅｎｔꎬ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔ ｃｉｒｃｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｐｅａｋ ｔｏｒｑｕｅ ｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ ａｓ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ. Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔꎬ ｔｈｅ ｔｏｒｑｕｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｕｎｄｅｒ ｃｏｍｐｌｅｘ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ. Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｍａｔｌａｂ / Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｖｅｒｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍ￣ ａｎｃｅ.
永磁同步电机直接转矩弱磁控制的研究
永磁同步电机直接转矩弱磁控制的研究永磁同步电机直接转矩弱磁控制的研究摘要：永磁同步电机作为一种新型的高效率电机，广泛应用于各个领域。
然而，在一些应用场景下，如机械载荷突变、运行参数的快速变化等，永磁同步电机的直接转矩控制存在一定的局限性。
为解决这个问题，本文针对永磁同步电机直接转矩控制中的转矩控制策略进行了研究和分析。
通过对永磁同步电机工作原理及转矩控制策略进行深入研究，提出了一种基于弱磁模型的转矩控制方法，旨在提高永磁同步电机在快速变化负载的工况下的运行性能。
关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；弱磁模型；运行性能第一章引言永磁同步电机作为一种高效率、高功率密度的电机，具有转矩密度大、响应时间短等优点，已被广泛应用于汽车、船舶、风力发电等领域。
然而，在一些特殊的工况下，如机械载荷突变、运行参数的快速变化等，直接转矩控制策略存在转矩跟踪性差、系统不稳定等问题。
因此，研究永磁同步电机直接转矩控制策略，提高其在复杂工况下的运行性能，具有重要的理论和应用价值。
第二章永磁同步电机工作原理2.1 永磁同步电机结构及工作原理2.2 直接转矩控制策略简介2.3 存在的问题及其原因第三章转矩控制策略研究3.1 弱磁模型理论在弱磁模型理论中，通过引入额外的励磁电流，使磁场的强度减小，从而实现转矩控制。
该方法能够有效地应对转矩的突变，提高了系统的鲁棒性和稳定性。
3.2 弱磁模型在直接转矩控制中的应用在直接转矩控制策略中，通过优化弱磁模型的参数，使永磁同步电机在变化负载下有更好的控制效果。
通过实验验证，该方法能够提高永磁同步电机的转矩响应速度和跟踪性能。
第四章实验与结果分析4.1 实验平台及参数设置4.2 弱磁模型的控制效果分析通过对永磁同步电机在不同负载下的实验测试，对比分析了传统直接转矩控制与弱磁模型转矩控制的性能指标，结果显示弱磁模型转矩控制方法在转矩响应时间和跟踪性能上均优于传统方法。
第五章结论与展望通过研究与实验分析，本文提出了一种基于弱磁模型的永磁同步电机直接转矩控制策略。
新能源汽车电机扭矩控制— 弱磁场控制
谈谈新能源电机扭矩控制—弱磁场控制(1)本讲开始，笔者将分4次对电机扭矩控制中的弱磁场控制进行详细介绍！对于新能源电机扭矩控制，除了电流控制、电流谐波重叠控制、振动隔离处理控制外，至少还包括：弱磁场控制、扭矩推测控制、相电流平均电流推测、振动抑制控制、电机转速FB控制、扭矩指令值计算、dq 轴变换控制、车轮转速控制等。
今天，笔者将继续对电机扭矩控制的其他模块进行详细介绍，接着振动隔离处理控制谈谈电机扭矩控制中的弱磁场控制技术。
首先，我们一起回顾下电机扭矩控制功能的整体控制框图，如下图所示：以整车控制器(VCU)输出的扭矩目标值为起点，虚线框图表示电机MCU扭矩处理的整体控制流程简图，具体控制流程如下：当电机MCU获取VCU的扭矩目标指令值后，扭矩控制模块会根据扭矩推测值输出电流指令值给弱磁场控制模块，弱磁场控制模块会综合考虑效率和能耗将电流目标值输出给电流控制模块，然后电流控制模块会结合电流目标值以及电流实际值，将电压指令值输出给电压控制模块，最后，电压控制模块会将Gate信息给到IGBT模块，由IGBT控制模块对通道进行打开和关闭控制。
此外，电机MCU内置模式控制方式，根据车辆不同的工况和负荷，分别对扭矩控制模块、弱磁场控制模块、电流控制模块以及电压控制模块的控制参数进行调整；同时，扭矩推测模块根据电流实际值以及电压指令值，通过内部算法将扭矩推测值输出给扭矩控制模块，对电流指令值的正确发出起到一个非常核心的参考作用。
因此，对于电机扭矩控制，由上图可以看出：基于电流指令值调整电流目标值，使电压指令值不脱离期望的电压值，其中扮演重要角色的就是“电机的弱磁场控制”。
对于以上弱磁场控制的核心目标，就是通过调整电流目标值，使电源电压上可施加的电压不超过目标值来实现的！同样的，在提出需求前，我们先来看看弱磁场领域的控制方法，如下图所示：在弱磁场领域内，电压限制椭圆和扭矩曲线的交点为可能输出效率最高的扭矩点。
混合动力车用电机快速响应弱磁算法研究
混合动力车用电机快速响应弱磁算法研究随着混合动力车技术的不断发展，混合动力车用电机快速响应弱磁算法在混合动力汽车行业中的应用越来越多。
为了提高新技术的可靠性，必须完善和优化混合动力车用电机快速响应弱磁算法，以改善混合动力汽车的性能和质量。
本文的主要内容是介绍混合动力车用电机快速响应弱磁算法的原理，探讨其优点和缺点以及改进方法，并进行有关研究。
首先，简要介绍混合动力车用电机快速响应弱磁算法的原理，混合动力车电机快速响应弱磁算法依赖于外部磁场，当电路受到电磁干扰时，它可以检测到外部磁场并快速响应到电路中。
它可以改变电路的电流分布，从而使电路中的电流变化更加连贯，有效地抑制外部电磁干扰的影响，进而实现电机的快速响应。
其次，介绍混合动力车用电机快速响应弱磁算法的优点和缺点。
混合动力车用电机快速响应弱磁算法的优点是可以有效的抑制外部电磁干扰的影响，使得混合动力车用电机可以更快的响应，提高性能和质量；另外也可以减少电机震动，提高混合动力车整体系统的稳定性。
但是混合动力车用电机快速响应弱磁算法也有一些缺点，例如由于它使电路中的电流变化更加连贯，容易产生浪涌电流；这会导致电路的散热量增加，对系统的稳定性也有一定的影响。
最后，探讨改进混合动力车用电机快速响应弱磁算法的方法。
可以采取均流控制技术，利用流量控制技术进行实时调整；另外也可以采取调制解调技术，利用调制解调技术对电流进行分析和检测；此外，还可以采取智能控制技术，将智能控制技术应用于混合动力车用电机快速响应弱磁算法，以实现最优的处理效果。
通过实践分析，混合动力车用电机快速响应弱磁算法确实能够改善混合动力汽车的性能和质量。
不仅如此，改进混合动力车用电机快速响应弱磁算法也对提高混合动力汽车系统的安全性有明显作用。
在以上的研究的基础上，未来的研究可以更进一步的加强混合动力车用电机快速响应弱磁算法的优化，从而实现更好的效果。
综上所述，混合动力车用电机快速响应弱磁算法是混合动力汽车技术发展中不可或缺的一部分，可以大大提高混合动力车的性能和质量，必须加强它的优化，以达到更好的效果。
混合动力工程机械永磁同步电机控制策略
1概述电机控制策略混合动力工程机械最为重要的组成之一，它直接影响整机的安全性、速度、作业效率和能源消耗。
本文研究的混合动力电力驱动单元集牵引、制动、变速功能为一体，满足不同状况下的运行要求，是混合动力牵引部分的核心部件，直接影响到整机的动力性和经济性。
因此对永磁同步电机控制策略进行研究具有重要的意义。
永磁同步电机的直接转矩控制以其控制方式简单、转矩响应快的优点得到了广泛的应用。
直接转矩控制法是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法，直接在定子交流坐标系下分析感应电机的数学模型、估算定子磁链和输出转矩，采用离散的滞环比较器，把输出转矩和定子磁链大小的波动限制到允许的合理范围内，并直接对逆变器的开关进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。
虽然直接转矩控制具有控制简单，响应迅速的优点，但是直接转矩控制法在实施电磁转矩及磁链滞环控制时，电机转矩不可避免地存在脉动，会直接影响电机低速运行的平稳性和调速范围。
但是在高精确度、高性能PMSM 伺服驱动系统中，对于转矩脉动有很高的要求，因此很多人在减少DTC 控制的转矩脉动方面都进行了积极研究。
减少转矩脉动最直接的方法就是将六边形定子磁链轨迹进行细分，使之更接近圆形，从而减小输出转矩的脉动，但这样会增加开关状态，同时使硬件的结构更复杂和成本也增加。
因此，改进控制策略就变的更加重要，文献提出了一种基于离散定子电流和磁链的无差直接转矩控制；文献采用空间电压矢量调制技术，利用相邻电压空间矢量和零电压矢量进行组合，实现转矩、磁链误差的精确补偿，进而达到减小转矩脉动目的，实现对磁链工作扇区的判别以及对电压空间矢量调制技术中复杂的数学和逻辑计算。
本文针对永磁同步电机传统的直接转矩控制转矩和磁链脉动进行了分析,结合电机模型提出了一种基于SVPWM 占空比调制的永磁同步电机直接转矩控制。
在直接转矩控制的基础上，根据SVPWM 控制的矢量原理对磁链作用的时间进行控制，分析表明,该方法相对于传统控制方法可对磁链和转矩进行更准确的控制，降低磁链与转矩脉动，定子磁链的动态控制无需电流控制器,开关频率恒定,不必依赖于电机参数，实验结果验证了其有效性。
永磁同步电机的弱磁控制
永磁同步电机的弱磁控制
永磁同步电机被广泛应用于许多工业领域，如汽车工业、航天航空、机器人、风力发
电和家用电器等。
在永磁同步电机的控制方案中，弱磁控制是一种有效的控制方法，可以
提高永磁同步电机的效率、降低成本和减少能源消耗。
弱磁控制的主要原理是在永磁同步电机的运行过程中，通过降低磁通密度和磁场强度
来减少机械损耗和电流损耗，从而实现能耗的优化。
弱磁控制的另一个优点是可以减少永
磁模拟器的成本，因为永磁模拟器可以用绕组替代，从而减少用于控制电流的硬件成本。
弱磁控制的主要步骤包括：
1. 建立永磁同步电机的数学模型。
对于永磁同步电机的数学模型，可以采用矢量控
制法、电气模型和磁路模型等多种方法进行建模。
2. 选择合适的控制策略。
弱磁控制中，可以采用间接矢量控制和直接转矩控制两种
策略。
其中，采用直接转矩控制可以在永磁同步电机低速运行时减少电流损耗。
3. 设计控制算法。
控制算法是实现弱磁控制的关键，需要综合考虑控制精度、实时性、稳定性等因素进行设计。
4. 实现控制。
弱磁控制需要通过电子控制器来实现，在控制器中可以使用DSP、FPGA、ARM等芯片进行实现。
弱磁控制的实际应用需要考虑到永磁同步电机的不同工作状态。
在低速运行状态下，
弱磁控制可以减少永磁同步电机的电流损耗和机械损耗；在高速运行状态下，弱磁控制可
以减少永磁同步电机的谐波噪声和振动。
电动汽车用永磁同步电机超前角弱磁控制
Id
cos
I q = I s sin
( 4)
式中 I s 为定子电流幅值, 为同步旋转角度
当电机工作在额定转速以下时, 由于 d, q 轴电
流给定恒定, 同步旋转角 也为一恒定值. 当转速超
过额定转速时需 要对 d , q 轴电流分量 进行重新分
配, 此时可以通过改变电流矢量角 来改变 d , q 轴
本文提出了一种永磁同步电机超前角弱磁调速控 制方案, 通过考察电机运行过程中系统电机端电压对 变流器直流母线电压的利用率来控制超前相位角的大 小. 仿真与实验表明, 该方案不仅解决了电流调节器磁同步电机在高倍基速以上的稳定运行, 而且降低 了整个控制方案的电压等级, 从而降低了工业应用成 本.
电动汽车用永磁同步电机超前角弱磁控制*
罗德荣, 曾智波 , 黄守道, 陈自强, 李建业
( 湖南大学 电气与信息工程学院, 湖南 长沙 410082)
摘 要: 提出了一种电动汽车用内置式永磁同步电机超前角弱磁控制方案, 实现了高
倍、平滑扩速和降低控制系统成本的目的. 该控制方案以电机端电压对变频器直流母线电压
法继续上升. 此时必须考虑对其进行重新分配, 在增
加反向直轴去磁电流的同时减少交轴电流的给定,
这样便可以使转速工作在额定转速以上, 同时也实
现了整个额定转速以上的恒功率控制.
系统对内置式永磁同步电机在额定转速以下采
用最大转矩/ 电流控制, 电机在运行过程中定子电流
在 d, q 轴上的电流分量始终满足以下关系式:
Abstract: T his paper present ed a method of leading angle f lux weakening control for int erior permanent magnet synchronous mot or ( IPMSM) on the electric vehicles, and achieved the purposes of high times, smoot h and wide speed operation and low cost of cont rol syst ems. T he control algorithm based on t he utilization of inverter's DC bus voltage determines t he deviation degree of t he rot or synchronization rotation angle by constructing a new index loop of voltage and achieves t he purpose of ext ending t he operation speed range. T he transit ion of flux w eakening is smooth, and the algorit hm of leading angle flux w eakening control has not hing with parameters and realizes the high time f lux weakening control of IPMSM. It not only meet s the requirements of wide speed operat ion, but also reduces t he cost of the whole system. The effect iveness of the proposed control scheme is verified by comput er simulation and experimen t al results.
混合励磁同步电机驱动系统弱磁控制_黄明明
混合励 磁 同 步 电 机 （ hybrid excitation synchronous motor，HESM） 是一种宽调速电机， 其内部包含 分别为永磁体与励磁绕组。 永磁体产 两种磁势源， 生主气隙磁通， 励磁绕组产生辅助气隙磁通， 由于励 磁绕组可通过改变电流大小和方向来增强或减弱电 机的气隙磁场， 使电机具有低速大转矩和远高于额 定转速的宽调速特性， 在工农业生产中具有广泛的 ［1 － 3 ］ 。 应用价值， 特别适合于电动汽车驱动 HESM 的转速达到弱磁基速后， 其反电势峰值 接近端电压， 要进一步提升转速， 必需采用弱磁控制 方法。由于 HESM 与永磁同步电机（ permanent magPMSM ） 结 构 性 能 的 相 似 性， net synchronons motor， HESM 的 弱 磁 控 制 可 以 参 考 PMSM 的 控 制 方 法
10
［13 ］
HESM 的驱动系统模型如图 2 所示。主要功能 Clarke （ 克拉克变换） 、 Park 与 Ipark 模块包括 HESM、 （ 派克与反派克变换） 、 Speed PID （ 速度控制器） 、 Current Distributor （ 电流分配器） 、 两个 PID（ 分别是 d 轴 SVPWM （ 空间 电流控制器和 q 轴电流控制器） 模块、 I f Drive PWM （ 励磁驱动 PWM 控制 矢量脉宽调制） 、 Armature Driver （ 电枢驱动） 、 Excitation Driver 信号） 、 （ 励磁驱动） 等模块。与传统 PMSM 矢量控制系统相 HESM 控制系统多了 3 个功能模块， 比， 分别是励磁 驱动 PWM 控制信号、 励磁驱动及电流分配模块。
电动汽车用永磁同步电机直接转矩弱磁控制
电动汽车用永磁同步电机直接转矩弱磁控制
许峻峰;冯江华;许建平
【期刊名称】《电气传动》
【年(卷),期】2005(035)010
【摘要】通过对电流限定轨迹、转速限定轨迹和负载角限定轨迹的介绍,阐述了电动汽车用埋入式永磁同步电机的弱磁控制过程,有效拓宽了永磁同步电机直接转矩控制系统的调速范围.由于永磁同步电机弱磁是通过电枢反应达到弱磁运行目的的,电枢反应对永磁同步电机的参数有着重要的影响,并且弱磁程度越高,电枢反应越大.因此考虑了永磁同步电机的电枢反应对于电机转子磁链和交直轴电感等参数的影响,对比了不考虑电枢反应时各控制轨迹及弱磁性能.通过MATLAB/SIMULINK实现了考虑电枢反应和不考虑电枢的永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制.仿真结果验证了理论分析的正确性.
【总页数】4页(P11-14)
【作者】许峻峰;冯江华;许建平
【作者单位】西南交通大学;株洲电力机车研究所;西南交通大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM3
【相关文献】
1.电动汽车用永磁同步电机的超前角弱磁控制 [J], 马桂芳;张卡飞;陈阳
2.电动汽车用永磁同步电机超前角弱磁控制 [J], 李建业;罗德荣;曾志波;高志军
3.电动汽车用永磁同步电机弱磁控制策略综述 [J], 康劲松;蒋飞;钟再敏;张舟云
4.电动汽车用永磁同步电机超前角弱磁控制 [J], 罗德荣;曾智波;黄守道;陈自强;李建业
5.电动汽车用永磁同步电机模糊直接转矩控制 [J], 付主木;高爱云
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永磁同步电机的弱磁控制
永磁同步电机的弱磁控制现有一永磁电机，需要超过额定转速运行。
使用变频器调速，则为恒功率调速，也就是弱磁掌握，不考虑电机机械和负载的因素的话，变频器能拖动电机达到多少转速？变频器一般弱磁调速的范围有多大？答：永久磁铁是恒磁的，不知如何弱磁，弱了后回到恒转矩区时又如何充磁。
1、沟通电机的电压不变，频率下降时，磁场会增加直到饱和；2、沟通电机的电压不变，频率上升时，磁场会减弱；3、缘由是电机的电势平衡原理打算的，电势平衡原理可以用电视平衡方程式表示：U-Ir=E=CeΦf U肯定，Φ↑f ↓或者Φ↓f ↑；4、电机的磁场Φ，打算于电压U的大小；5、变频器在额定频率以下运行，通过频率下降电压同时下降，保证电机磁场Φ恒定；6、变频器在额定频率以上运行，通过频率上升而电压不能上升，电机磁场Φ减弱，进入弱磁调速！7、弱磁调速，意味着电机速度超过额定转速时，额定转矩下降，就是说还要额定转矩运行，电机的功率就要随着转速正比增大，电机就会发热，无法正常运行；8、所以电机在弱磁运行时，速度高，转矩低，转速越高，转矩越小，保持功率不变，电机的发热量不增大而能正常运行；9、所以弱磁调速运行的关键是，电机所带的负载转矩必需随着速度上升反比下降，假如负载转矩不能因速度上升而反比下降，这个负载就不宜进入弱磁调速；10、你可以检测电流，弱磁调速时，假如电流随着速度上升而保持在额定电流一下，那么电机的发热量就不大，允许运行，否则就不允许弱磁调速运行；11、以上说的没有考虑轴承等机械强度是否允许的问题！12、电机进入弱磁调速，最高速度或者频率，应当是电机空载运行时，电机电流保持在额定电流及其一下的最大速度或最高频率！你可以空载试验确定！13、上述结论，是在电机轴承及其相关机械强度允许状况下！14、假如负载需要高速运行，可以通过机械传动比来实现，不肯定要电机进入弱磁调速区；。
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混合动力汽车用永磁同步电机直接转矩弱磁控制丁惜灜赵鑫沈阳工业大学电气工程学院辽宁沈阳 110023【摘要】在串联式的混合动力汽车中，电动机直接联结于机械变速传动部分带动车轮运转，电机基速以上的弱磁调速性能直接影响汽车的运行。
直接转矩控制系统有独立的定子磁链闭环，其弱磁问题集中在如何在逆变器容量不变的情况下提高电动机的高速运行能力，提供在电机的最大功率条件下的磁链设定值。
本文通过对永磁同步电机极限电流与极限电压的分析研究，推导出电机转速与定子磁链之间的函数关系，获得最大转矩电流比约束条件下的磁链设定值，仿真结果证明：按该磁链值进行直接转矩控制，可获得最大转速，证明了该方法在系统弱磁调速区域的有效性。
【关键词】混合动力汽车直接转矩弱磁逆变器Hybrid Electric Vehicles Permanent Magnet Synchronous Motor Direct TorqueControl in Weakening Magnet Field PerformanceAbstract：The electric motor drags mechanical transmission for wheels running in the tandem hybrid electric vehicles（HEV）．For more speed governing scope，field-weakening control has been carried out above the basic speed. Enhancing the field-weakening capability could upgrade high speed performance with inverter capacity invariableness，so it lowers the max power relatively for satisfying more vehicles speed.The system is used for direct torque control of permanent magnet synchronous motor（PMSM），we have established simulation module that result Fig.shows the direct torque control improve speed with field-weakening system rapidity and validity.Key words：Hybrid Electric Vehicles；Direct Torque Control；field-weakening；inverter1 引 言混合动力汽车电驱动系统的工作状态更加复杂，控制起来难度更大，而且电机功率按照要求需要合理选择，对于混合动力汽车永磁电驱动系统特殊要求，直接转矩控制的优点采用棒棒控制控制原理相对简单，同时反应的快速性，正好适用于混合动力汽车要求的频繁启动的电机的运行要求。
为扩宽电动机的调速范围，在基速以上运行时，同矢量控制一样，直接转矩控制也要运用逆变器提供的开关电压来实现对转矩的控制，只不过前者控制的是定子电流矢量，而后者控制的是定子磁链矢量，在减弱定子磁链的同时从而等效减弱于直轴永磁体的磁链，达到弱磁增速的目的。
众多学者提出了改善永磁同步电机弱磁控的方法，在基于矢量控制的基础上，M.F.Rahman 在文献[1]中初步实现了埋入式永磁同步电机直接转矩的弱磁控制。
田淳在文献[2]中实现了表面式永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。
为了解决电机从恒转矩工况到恒功率工况的切换问题，Thoms..M.J[3]提出了前馈弱磁的方法。
本文结合最大转矩电流比直接转矩控制，在恒功率运行负载变化情况下计算不同的磁链给定，同时实现磁链的自动调节从而达到弱磁目，实现对不同磁链的最大转速给定的动态跟踪。
2 控制原理2.1 串联式混合动力汽车电机驱动原理串联式混合动力电动车辆的驱动系统由发动机、直流发电机、电池组、电动机、控制器以及车辆的传动系组成，如图 1 所示。
发动机在最佳工况点附近以相对稳定的工况运行，并带动发电机发电，发电机发出的电能可以直接供给电动机工作使用。
当发电机发出的功率无法满足车辆行驶时对功率的需求时（如起步、加速、高速、爬坡等），电池组可以向电动机提供额外的电能；当发电机发出的功率超过车辆行驶对功率的需求时（如低速、滑行、停车等），发电机组向电池组充电[4]。
由于发动机在最佳工况点运行，经直流发电机，输出相对恒定的直流电压，由于电压的限制，逆变器的直流侧电压c V 基本常量，已知定子电压矢量为s u 。
所以定子电压矢量可以表示为j(1)3e k s c u π−= （1）图1 串联式混合动力汽车结构图Fig.1 tandem hybrid electric vehicles于是可获得定子电压矢量幅值的最大值为max ||s c u = （2） 2.2 直接转矩弱磁控制原理如图在dq 旋转坐标下，永磁同步电机磁链的基本模型图2 DQ 轴空间电压矢量Fig.2 DQ axis voter space voltaged f d d L i ψψ=+ （3）q q q L i ψ= （4）稳态电压方程d s q r q q u R i L i ω=− （5）q s q r d d f u R i L i ωψ=++（6）||s u = （7）电磁转矩方程[()]e n f q d q d q T P i L L i i ψ=+− （8）当电机在高速区运行时，式（5）、式（6）以忽略不计，式（7）为2222[()()]s r f d d q q u L i L i ωψ=++ （9）由于逆变器的馈电能力要受容量限制，因此定子电流也有一个极限值，即 max |||s s i i |≤ （10）以定子电流矢量表示，则有222max ||||s d q s i i i i =+≤ （11）在极限电压max ||s u 与极限电流max ||s i 的约束下[5]r ω （12）以上分析在矢量控制中，可以通过控制定子电流的两个分量d i 和q i 来控制电机的工作点，也可以控制直轴电流d i 来进行弱磁，而直接转矩控制只能通过定子磁链来进行弱磁。
由式（11）得222||||s r s u ωψ= （13）以极限电压max ||s u 与极限电流max ||s i 约束，转速与定子磁链的大小成反比关系，减小定子磁链||s ψ以达到转速的最大值max ||||s r s u ωψ= （14） 3 永磁同步电机弱磁控制的实现3.1 MATLAB/SIMULINK 的系统建模搭建的MATLAB/Simulink 永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制系统如图 3 定常值负载转矩使其工作在衡转矩工作区，给定极限电压max ||s u 和所对应的最大转速转速 PI 调节得到转矩的给定值，定子磁链||s ψ给定常值，经转矩比较和磁链比较两个环节，与转速方向判断，磁链区域判断。
引入转向开关信号，转矩开关信号，磁链开关信号，并结合扇区模块输出的扇区号，利用模块（User-Definde Functions ）中的S 函数模块自定义了开关表查表得到电压矢量，直流侧电压经逆变器馈给永磁电机。
图3 磁联、转速和转矩曲线Fig.3 field speed and torque variety curved path 在弱磁工作区，定子磁链幅值随着转速升高而减小，由于较小定子磁链同时，定子电流必定会减小，符合不超过极限电流，当线性减小定子磁链||s ψ的同时，反比例增加给定转速，给定转速是从衡转矩工作时的常值磁链对应的最大转速开始，所以基本上反比例给定的转速值基本为磁链变化时对应的最大转速值[7][8][9]。
3.2 仿真试验的结果永磁同步电机的仿真参数如下：R s ＝2.875 ohm ，L d ＝L q ＝8.5e －3 H ，0.175 Wb f ψ=，J ＝1e －3 kg ·m 2，n p ＝4。
在空载运行时，给定一常值||0.8s ψ=，在对应max ||560s u V =时，试验得到最大转速 1 250 rad/m 。
线性较少||s ψ减小到0.3，大于直轴永磁体磁链||f ψ，同时反比例增大转速给定，由于初始值对应常值磁链的最大转速，由max ||||s r s u ωψ=基本上给定转速也满足最大转速的跟随。
以下为转速，磁链，转矩 的变化曲线。
4 结束语利用MATLAB/Simulink 建立永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制系统，在基速以上永磁同步电机弱磁的又有效性，提升混合动力汽车永磁同步电机的高速运行性能，可以从理论上研究控制系统的转矩、转速、磁链之间的关系及其相关因素的影响，仿真过程中给定转速是从衡转矩工作时的常值磁链对应的最大转速开始，所以基本上反比例给定的转速值基本为磁链变化时对应的最大转速值，分析所得的结论是可信的。
建立实际系统之前，通过仿真研究对控制系统进行充分论证，可以提高研究效率，永磁同步电机直接转矩控制还有待进一步完善，其弱磁控制更有待进一步深入研究。
参考文献[1] Rahman M F. Zhong L. Lim K W. A Direct Torque-controlled Interior Permanent-Synchronous Motor DriveIncorporating Field Weakening[J]. IEEE Transcations on Industry Application，1998，34（6）：1246~1253[2] 田淳. 无位置传感器同步电机直接转矩控制理论研究与实践[D].南京航空航天大学，博士论文，2001[3] Thomous M Jahns.Flux-weaking Regime Operation of an Interior Permanent Synchronous Motor Drive [J]. IEEETranscations on Industry Application，1987，23（4）：681～689[4] 王正键. 电动汽车驱动电机与控制方法. 机电工程技术，2001，30（5）：91～137.[5] 王成元等编著. 现代电机控制技术. 机械工业出版社，2006，5：153～171[6] 许峻峰，冯江华，许建平. 电动汽车用永磁同步电机直接转矩弱磁控制. 电气传动，2005，35（10）：11～14.[7]Domenico Casadei. Analytical Investigation of Torque and Flux Ripple in DTC Schemes for Induction Motors. InConf. Rec. IECON，1997，2（6）：4～16.[8]S. Ogasawara，H. Ayano，and H. Akagi，“Measurement and reduction of EMI radiated by a PWM inverter-fedPMSM drive system，” IEEE Trans. Power Electron.，vol. 22，no. 5，pp. 1055–1058，Jul./Aug. 2006[9]Takahashi I. A new quick-response and high-efficiency strategy control of induction motor[J]. IEEE Trans onIdustry Application ，1986，22（5）：820～827.。