永磁同步电机弱磁调速
五种拓扑结构的永磁同步电动机性能分析
利。３其他 自动装置中， （） 备用电源 自投控制装置和 电压 、 无功综合控制装置
采用 集 中组屏 结 构 ， 安装 于 控 制室 或 保 护 室 中 。 ２ ．３ 全 分散 式 ．２ 全 分散 式 的变 电站 自动 化 是 以一 次 主 设备 如 开 关 、 变压 器 、 线 等为 母
和内置式。 在表面式永磁 同步电动机 中， 永磁体通常呈瓦片形， 并位于转 子 铁心的外表面上 ， 这种电机的重要特点是直 、 交轴的主 电感相 等； 而内置式 永磁同步电动机的永磁体位于转子内部， 永磁体外表面与定子铁心 内圆之间 有铁磁物质制成的极 靴， 可以保护永磁体 。
（） ４分段 永磁 体 电机 由于在 两 个 永磁 体之 间 增 加 了磁通 流 通路 经 ， 磁 永 体 产生 的 磁链 减 少 ， 同的 电柩 电流使 去磁 能 力加 强 ， 而使 电机 的弱 磁 能 相 从 力 增 加 ， 以 比传 统 内 置式 永磁 电机 具有 较 宽 的 恒功 率 运行 范 围 ； 所
上述 三 种 变 电站 自动 化 系统 的 推 出 ， 虽有 时 间 先后 ， 并 不存 在 前 后 但 替 代的 情 况 ， 电站 结 构形式 的选 择应 根据 各 种系 统特 点和 变 电站 的实 际情 变
况， 予以选配 。 以Ｒ 如 ＴＵ为基础的变电站 自动化系统可用于 已建变 电站的 自动化改造 ， 而分散 式变电站 自动化系统 ， 更适用于新建变 电站。 由于微 处理 器 和 通 信技 术 的迅 猛 发 展 ， 电站 自动 化 系统 的 技 术水 平 变 有 了很 大 的提 高 ， 构体 系 不断 完善 ， 结 全分 散 式 自动 化 系统 的 出现 为变 电站
对 空载 反 电动势 进 行 谐 波分 析 ， 结果 表 明 ， 面 式谐 波 含 量最 低 ， 表 分 段 内置 式 和ｗ型 内置 式的 电压 谐波 畸变 率 都 比传统 内置 式 的低 ， 即谐 波含 量 少 ，而 ｖ 内置式 的谐 波含 量 相 对 较大 。 型
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究摘要永磁同步电机是数控机床、机器人控制等的主要执行元件，随着稀土永磁材料、永磁电机设计制造技术、电力电子技术、微处理器技术的不断发展和进步，永磁同步电机控制技术成为了交流电机控制技术的一个新的发展方向。
基于它的优越性，永磁同步电机获得了广泛的研究和应用。
本文对永磁同步电机的弱磁控制策略进行了综述，并着重对电压极限椭圆梯度下降法弱磁控制、采用改进的超前角控制弱磁增速、内置式永磁同步电动机弱磁控制方面进行了调查、研究。
关键词：永磁同步电机、弱磁控制、电压极限椭圆梯度下降法、超前角控制、内置式永磁同步电动机一、永磁同步电机弱磁控制研究现状1．永磁同步电机及其控制技术的发展任何电机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。
直流电机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°电角度，因此可以独立调节；而交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。
因此，交流电机的转矩控制性能不佳。
经过长期的研究，目前交流电机的控制方案有：矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制等[1]。
1．1 矢量控制1971年德国西门子公司F．Blaschke等与美国P．C．Custman等几乎同时提出了交流电机磁场定向控制的原理，经过不断的研究与实践，形成了现在获得广泛应用的矢量控制系统。
矢量控制系统是通过坐标变换，把交流电机在按照磁链定向的旋转坐标系上等效成直流电机，从而模仿直流电机进行控制，使交流电机的调速性能达到或超过直流电机的性能。
1．2 恒压频比控制恒压频比控制是一种开环控制，它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出进行控制，使电机以一定的转速运转。
但是它依据电机的稳态模型，从而得不到理想的动态控制性能。
要获得很高的动态性能，必须依据电机的动态数学模型，永磁同步电机的动态数学模型是非线性、多变量，它含有角速度与电流或的乘积项，因此要得到精确控制性能必须对角速度和电流进行解耦。
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。
永磁同步电机弱磁最优控制策略研究
永磁同步电机弱磁最优控制策略研究GONG Jinbiao;SHI Huoquan【摘要】针对永磁同步电机(PMSM)在恒转矩区起动能力差、在恒功率区电流轨迹不易跟踪等问题,提出基于电压反馈复合电流前馈的定子电流弱磁最优控制策略.通过判断电流前馈环节达到稳定时所需的电流与采用最大转矩电流比(MTPA)算法所得电流大小,使定子电流在恒转矩区通过电流前馈作用快速跟踪MTPA曲线,加快起动;在恒功率区采用电压反馈复合电流前馈的策略,增强系统抗干扰能力的同时最大化直流母线电压利用率.为了验证该策略的可行性,搭建PMSM仿真模型,构建以dSPACE1007为核心的试验平台,对其进行仿真和试验,结果表明了该策略的稳定性和有效性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2019(046)004【总页数】6页(P32-37)【关键词】永磁同步电机;弱磁控制;最大转矩电流比;电压反馈复合电流前馈【作者】GONG Jinbiao;SHI Huoquan【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TM3410 引言内置式永磁同步电机(IPMSM)因其良好的功率密度和工作效率被广泛应用于各种工业场合[1]。
优化的控制策略通过适当控制电流矢量可以实现电机高利用率。
在基速范围内，最大转矩电流比(MTPA)控制策略可以实现铜耗最小化。
在需要宽速度范围运行的应用，比如电动汽车，在弱磁控制策略中利用永磁体励磁，使电机高速稳定地运行在恒功率区[2]。
对IPMSM进行弱磁区控制策略的研究有重要意义。
在传统IPMSM中，不能直接控制磁通量,只能通过去磁效应减弱气隙磁通量d轴电枢反应电流[3]。
通常采用电流前馈、电压反馈或混合弱磁方法扩展永磁同步电机(PMSM)的运行区域。
电压反馈弱磁控制是通过适当的闭环直接控制逆变器输出电压[4]。
文献[5]通过电压反馈研究不同PMSM控制系统在弱磁控制区域的变化，阐释了弱磁控制特性的参数变化以及转矩限制对弱磁控制的影响。
永磁同步电动机弱磁调速控制
1.1 永磁同步电机简介
由于高性能电机控制理论和电力电子技术以及微机控制技术的迅速发展，永磁 (PM)电机以其高效性，高转矩惯量比，高能量密度而得到了更多关注。 PM电机通常分为两类： 永磁无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)。 BLDC 通常具有梯形波反电势波形，如图1.1b)。梯形波反电势由定子集中绕组和方波充磁的 表面磁铁产生。其转子位置的测量可以非常方便地利用反电势的测量得到，控制方式 简单。但存在转矩脉动,换相间存在冲击电流，一般不太适用于高性能驱动。
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PMSM
（c） 直接转矩控制器 图 1.3 PMSM 的主要控制方法 1.2.1 VVVF 控制 VVVF控制策略的控制变量为电机的外部变量，即电压和频率。控制系统将参考 电压和频率输入到实现VVVF的调制器中，最后由逆变器产生一个交变的正弦电压施 加在电机的定子绕组上，使之运行在指定的电压和参考频率下。逆变器所用的调制方 式为脉冲宽度调制(PWM)。PWM可以有多种不同的实现方式，如空间矢量调制 (SVPWM)。PMSM的VVVF控制方框图如图1.3(a)所示。 这种控制方法无需从电机引入任何速度、位置或电压、电流反馈信号，属于开环 控制。这种控制系统易于实现且价格低廉。由于系统中不引入速度、位置或其它任何 反馈信号，因此不能即时捕捉电机状态，无法对电机进行精确的电磁转矩控制。由于 仅使用一个调节器实现对输入电压和磁链的调制，将导致输入电压、频率信号和电机 最终的转矩、速度反应之间的通讯速度降低，使电机的响应变慢。这种驱动系统仅适 用于风机、水泵之类无需精确控制的场合。 1.2.2 磁场定向矢量控制 Blaschke在1971年发表了第一篇有关异步电机(IM)的矢量控制(VC)的方法，之后 该方法被应用于PMSM中。这种控制方法目前已经全面发展并在工业上被认为是较成
弱磁调速
何为弱磁调速
1、在直流电机理论中，改变直流电机转速的方法有：改变电枢电压调速，减小电枢电阻、减弱主极磁通Φ调速；
2、在变频器对异步电机的调速中，当变频器的输出频率高于电机额定频率时，电机铁芯磁通Φ开始减弱，电机转速高于额定转速，此时我们称电机进入弱磁调速；
3、变频器对异步电机调速时，一旦进入弱磁调速，变频器输出电压不再改变，一般为电机额定电压。
而电机电流增大，超过额定电流，速度增大时电磁转矩减小，电机功率为恒功率，所以有人把弱磁调速又叫做恒功率调速。
弱磁调速的目的与方法
1、在额定转速以上，为了不产生过流或过载；
2、电机在弱磁调速运行时，只有保证转矩M与转速n成反比，即恒功率P运行，电流才基本不变保持额定电流；
因为：U = 4.44fNΦ , M ≈IΦ ，M = P/n ；
如：f增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2 ，n增大2倍，这个过程中电压U不变，电流I 不变，频率f增大2倍，n增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2，功率P不变。
弱磁调速注意点
理论情况是，进入弱磁调速，电机电流变化情况与负载性质有关，恒功率P运行，电流基本不变保持额定电流何为弱磁调速
因为：U = 4.44fNΦ , M ≈IΦ ，M = P/n ；
如：f增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2 ，n增大2倍，这个过程中电压U不变，电流I 不变，频率f增大2倍，n增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2，功率P不变。
弱磁调速注意点
理论情况是，进入弱磁调速，电机电流变化情况与负载性质有关，恒功率P运行，电流基本不变保持额定电流。
基于电压闭环反馈的永磁同步电机弱磁调速研究
基于电压闭环反馈的永磁同步电机弱磁调速研究王杰;谢源;谢涛【摘要】The actual operating conditions of electric vehicles were complicated,and the speed range and torque requirements of PMSM were higher.In order to improve the speed range of the built-in permanent magnet synchronous motor,the voltage closed-loop feedback field weakening control method was studied and realized.The method used the voltage utilization as a reference to construct the voltage loop,and the weak feedback was calculated by the voltage feedback signal and the command signal.Current id reference value,thus realizing the permanent magnet synchronous motor weak flux expansion.The simulation model of the field weakening control system of the built-in permanent magnet synchronous motor was established on the MATLAB/Simulink platform.The simulation results showed that the system had a wide speed range and the interval was smooth and had good response characteristics.%电动汽车对电机的调速范围要求较高,需要宽调速的控制技术.为扩大永磁同步电动机(PMSM)的调速范围,研究并实现了电压闭环反馈弱磁控制方法.该方法将电压利用率作为参考值构建电压环,通过电压反馈信号和给定指令信号计算弱磁电流的参考值idref,从而有效提高PMSM的弱磁扩速.利用MATLAB/Simulink仿真平台搭建了表贴式PMSM弱磁控制系统.仿真结果表明系统有较宽的调速范围,而且区间转换平稳,具有良好的响应特性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2018(045)004【总页数】6页(P27-32)【关键词】永磁同步电机;弱磁控制;电压闭环反馈【作者】王杰;谢源;谢涛【作者单位】上海电机学院电气学院,上海201306;上海电机学院电气学院,上海201306;上海电机学院电气学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TM3410 引言永磁同步电机( Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具有结构简单、体积小、重量轻、转动惯量小、高效率和控制性能好等优点，大量应用于工业生产、日常生活、航空航天、军事设施等领域，具有非常诱人的前景，PMSM更加适用于高精度的伺服控制系统。
过调制算法在永磁同步电机弱磁调速系统中的应用
过调制算法在永磁同步电机弱磁调速系统中的应用
李计亮1, 高 琳 1, 刘新正1, 梁得亮 1, 邝俊生 2, 姜 红3
( 1 西安交通大学电气工程学院, 西安 710049; 2 快速制造国家工程研究 中心, 西安 710049; 3 西安微电机研究所, 西安 710077)
过调制算法在永磁同步电机弱磁调速系统中的应用 李计亮, 等
电压的调整是按照输出电压的基波和参考电压相一 致的原则进行, 从而保证了算法的线性度。
时, 输出电压和参考电压相位相同但幅值被限制在 六边形边界; 当 参考电压 位于区 域 3和 区域 4 时, 输出电压分别为电压矢量 V4 和 V6, 相对于参考电压 输出电压的相位和幅值都发生了变化。
立的永磁同步电机弱磁调速系统仿 真模型如下图 1 所示, 仿真系 统由转速 控制模块、弱磁控 制模块、 电流控制模块、 SVPWM 模块和反馈信号输出模块以 及永磁同步电机模块组成。其中, 转速控制模块根 据参考转速和反馈转速的差值通过 P I控制器计算定 子参考电流。电流控制模块通过 P I控制器和解耦算 法调整直轴和交轴参考电压, 从而保证直轴和交轴 电流的跟踪。永磁同步电动机模块 采用的是 SIMUL INK 自带电机模块。
因此定子电压空间矢量的幅值为
us e ( Lq iq ) 2 + ( Ld id + f ) 2
( 3)
可见电动机端电压近似正比于电机转速, 随着
转速增加使端电压达到逆变器电压极限后, 由于转
子永磁体的励磁磁势不可调, 只能通过采用施加定
子直轴去磁电流来减弱气隙磁场的方法进一步提高
转速, 此时电机工作于弱磁运行方式。 根据弱磁控制原理在 M at lab /S im ulink 环境下建
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。
一种新的内置式永磁同步电机弱磁控制方法
中 图 分 类 号 ：Ｍ３ １ Ｔ ５ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ １ ０ ２ １） ３ ０ ４ － ４ １０ — ０ Ｘ（０ １０ — ０４ ０
Ｃｕｒ ｅ ｔ Ｌｅ ｄ Ａｎｇ ｅ Ｆｌ ｗｅ ｋ ｎ ｎｇ Ｃｏ ｔ ｏ ｆ Ｉ ｒ ｎ ａ ｌ ｕｘ－ ａ ｅ ｉ ｎ ｒ ｌｏ ＰＭ Ｓ ｉ ｅ ｓ Ｍ Ｄｒ ｖ ｒ
参 数 漂 移 影 响 较 大 ， 以对 参 数 变 化 进 行 补 偿 ｌ。 难 ２ Ｊ 由 Ｓ ｉｅ ｒ ｔ ｈｇ ｏ Ｍｏｉ ｏ等 人 提 出 了 一 种 电 流 调 节 器 ｍｏ
获得较满意的控制效果。 是 ， 但 电机 由最 大 转 矩 电
流 比调速 过 渡 到 弱 磁 调 速 时 ．电流 轨 迹 变 化 不 平 滑 ， 电流 响 应滞 后 ， 响 了系 统控 制 的准 确性 。 ｑ轴 影 为 使 Ｉ ＭＳ 更 为 稳 定 快 速 的 过 渡 到 弱 磁 控 Ｐ Ｍ
研 究 方 向 为 电 力 电 子 与 电 力传 动 。 ４ ４
一
种 新 的 内 置 式 永 磁 同 步 电机 弱 磁 控 制 方 法
Ｕ＝ 一ｉｇ ， ｕ＝ ｉ ｗ ｕ ｄ Ｒ ｏ ｉ ｑＲ￣＋ Ｌｉ Ｌｇ ｑ
（） １
图 ３示 出定 子 电 流 矢 量 轨 迹 。 当 电机 要 求 输 出最 大 转 矩 ， 图 ３中 点 转 矩 时 ， 立 －＝ｄ 即 联 岫 ｉ＋ ２ ２ ｉ 式 （ ） 得 电机 采 用 最 大 转 矩 电流 比控 制 且 与 ６可 最 大 转 矩 运 行 时 的直 、 轴 电流 ： 交
， ＇ ＇
后转速无法上升 ． 为获得较 宽的调速范围 ， 在基速
永磁同步电机弱磁调速
永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告专业：电气工程及其自动化学生姓名：学生学号:学生班号:本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。
稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。
由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。
这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。
本文主要研究内容是对内置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。
分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。
并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。
仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。
关键词：内置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模目录永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 (1)一、研究的问题 (4)二、研究方法 (5)2.1 永磁电机的数学模型 (5)2.2弱磁调速原理 (6)2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 (7)2.4 仿真结果 (11)三、解决效果 (12)3.1 结论 (12)3.2感悟与体会 (12)本次阅读文献报告的主要课题是研究对内置式永磁同步电机弱磁调速控制的研究，报告内容主要来自等，在写作过程中也参考了一些关于永磁同步电机弱磁调速控制方法设计以及弱磁性能研究等方面的资料现在从关注的问题、所用的研究方法及关注问题解决的效果三个方面来阐述报告内容。
一、研究的问题近年来，随着稀土永磁材料和电子功率器件的发展，永磁同步电机获得了广泛研究。
内置式永磁同步电动机弱磁调速优化控制
内置式永磁同步电动机弱磁调速优化控制闫娜云;宗剑【摘要】从永磁同步电机(PMSM)的矢量控制出发,提出了一种PMSM弱磁优化控制方法.内置式永磁同步电机(IPMSM)相对表贴式永磁同步电机弱磁能力强,调速范围宽,以IPMSM为对象,对弱磁调速进行了仿真与优化.PMSM在基速以下采用最大转矩电流比的恒转矩控制,减小了电机损耗,提高了逆变器的效率,在基速以上采用恒功率调速.直轴电流去磁调速结合交轴电流去磁调速的弱磁控制方式,提高了PMSM的功率因数,扩展了调速范围.针对弱磁环节转速的波动问题,在传统PI控制上做出改进,提出了模糊自整定PI的控制方式,提高了PMSM弱磁调速的性能.在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证了该控制方法的可行性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2018(045)010【总页数】5页(P24-28)【关键词】永磁同步电机;矢量控制;弱磁调速;模糊自整定PI【作者】闫娜云;宗剑【作者单位】上海应用技术大学电气与电子工程学院,上海201418;上海应用技术大学电气与电子工程学院,上海201418【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)作为一种高效的驱动系统，在电动汽车行业得到广泛应用。
钕铁硼等剩磁高、矫顽力大的稀土永磁材料的使用提高了PMSM的各项性能，促进了PMSM的发展[1]。
PMSM具有功率密度高、损耗小、效率高、转矩惯量大、振动噪声小等优点，受到国内外电动汽车界的高度重视，成为最具竞争力的电动车电驱动系统中的主流电机。
由于永磁体磁链恒定的限制，PMSM的弱磁调速比其他电机复杂，此外电动汽车用PMSM要求在恒转矩区具有输出恒定转矩的特点，能够平稳、快速地跟踪输入指令，并且要求对位置、转矩脉动等因素的控制精度高，保证电动汽车的启动和爬坡等功能；在恒功率区，要求具备很宽的速度范围，保证电动汽车的加速等功能[2]。
永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析
2021年第49卷第3期D设计分析esign and analysis 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析17 收稿日期:2020-11-24基金项目:山西省自然基金(2013011035-1);中国博士后科学基金(2018M640250)永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析程献会,王淑红(太原理工大学电气与动力工程学院,太原030024)摘 要:根据内嵌式调速永磁同步电动机的弱磁控制特点,以弱磁扩速倍数为优化目标,利用有限元仿真软件,分析了内嵌式调速永磁同步电动机矩形和V 形永磁体尺寸和位置对电机参数和调速范围的影响,通过优化永磁体的位置和尺寸扩大了电机弱磁调速范围㊂计算了优化后电机的参数,对比了优化前后电机调速的范围㊂为内嵌式调速永磁同步电动机的优化和参数计算提供一定的参考㊂关键词:内嵌式调速永磁同步电动机;永磁体尺寸;调速范围;有限元分析中图分类号:TM351 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2021)03-0017-04Optimization and Performance Analysis of Speed Control Range of Permanent Magnet Synchronous MotorCHENG Xian -hui ,WANG Shu -hong(School of Electrical and Power Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)Abstract :According to the embedded control weak magnetic control characteristics of permanent magnet synchronousmotor,with weak magnetic speed ratio as the optimization goal,and using finite element simulation software,embedded speed permanent magnet synchronous motor was analyzed rectangle and V the size and position of permanent magnet motor parameters and the influence of the speed range,through optimizing the position and size of the permanent magnet motor weak magnetic speed range had expanded.The parameters of the optimized motor were calculated,and the range of motor speed before and after optimization was compared.It provided a certain basis for the optimization and parameter calculationof the built-in speed-regulating permanent magnet synchronous motor.Key words :built-in speed-regulating permanent magnet synchronous motor,permanent magnet size,speed regulatingrange,finite element analysis0 引 言永磁同步电动机具有结构简单㊁运行可靠㊁效率高等显著优点,其应用范围较为广泛,在航空㊁国防㊁工业生产和日常生活中都可以看到它的身影[1-2]㊂已有许多专家学者对永磁同步电动机进行过优化设计,从而使电机性能更优越,使用更广泛㊂文献[3]采用田口法,以电机的效率和磁钢用量作为优化目标,对内嵌式永磁电动机进行优化设计;文献[4]同样采用田口法对铁耗和转矩脉动进行了优化㊂文献[5-6]对电动汽车用永磁同步电动机进行了电磁设计和弱磁调速分析;文献[7]中搭建了凸极式永磁同步电动机弱磁调速的控制系统;文献[8]从内置式永磁同步电动机的数学模型及弱磁控制方式入手,采用数值计算方法,分析了不同参数对电机弱磁调速的影响;文献[9]讨论了永磁体分段对永磁同步电动机参数和调速范围的影响;文献[10]设置了一种分段Halbach 结构的表贴式永磁同步电动机以降低涡流损耗等;文献[11]对V 形异步起动永磁同步电动机的齿槽转矩进行了优化;文献[12]采用多目标遗传算法对不同类型的电机结构进行优化㊂对于调速永磁同步电动机,在传统的控制方法下,电机受到电源电压和电流的限制,基速以上很难有较大的调速范围㊂为了扩大电机的调速范围,并确保电机的恒功率运行范围和电机性能,不仅要采用带有弱磁控制模块的控制系统,电机本体参数也应与控制系统有较好的配合,满足弱磁调速策略对电机参数的要求㊂永磁同步电动机的励磁由电机转子上的永磁体提供,永磁体在电机制作时已放置好,励磁无法根据实际需要进行调节,所以在电机设计时应考虑永磁体的尺寸和位置,为弱磁调速控制提供合理的永磁体磁链及交直轴电感参数㊂本文在电机设计过程中,以弱磁调速的倍数为电机永磁体尺寸的优化目标,使用有限元仿真软件,对两种不同形状的永磁体电机进行参数化仿真,确定电机永磁体的位置和尺寸对电机调速范围的影响㊂分析了矩形永磁体和V 形永磁体在不同尺寸和位置,对电机参数的影响,给出永磁体的尺寸,完 D设计分析esign and analysis 2021年第49卷第3期 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析 18 成对电机调速范围的优化并分析电机性能㊂1 永磁同步电动机弱磁调速的基本原理1.1 永磁同步电动机的数学模型在三相电流对称㊁电机稳定运行且忽略定子绕组电阻㊁铁心饱和㊁铁耗的情况下,永磁同步电动机在d,q坐标轴下的数学模型如式(1)㊁式(2)㊂电压方程:u=u2d+u2q= ω(L q i q)2+(L d i d+ψf)2(1)电磁转矩方程:T em=32p[ψf i q+(L d-L q)i d i q](2)由电压方程可得出:ω=u(L q i q)2+(L d i d+ψf)2(3)式中:p为电机的极对数;L q,L d分别为电机定子的交直轴电感;i q,i d分为电机定子的交直轴电流;ψf 是电机的永磁体磁链;ω为电机角频率㊂由式(3)可以看出,当电机的端电压和电流达到极限值,且电流全部为直轴去磁电流时,电机可以达到理想最大转速:ωmax=u limψf-L d i lim(4) 调速永磁同步电动机的电压和电流的极限值取决于控制系统的逆变器,如果需要更高的转速范围,需要减小永磁体的磁链和增加直轴电感㊂但过小的永磁体磁链会造成电机转矩的下降,在电机优化时应综合考虑,不应为了单纯提高调速范围而牺牲太多的转矩㊂1.2 基于最大转矩电流比控制的弱磁调速性能分析凸极永磁同步电动机采用最大转矩电流比控制时,电机的电流矢量应满足:∂(T em/i s)∂i d=0∂(T em/i s)∂i q=üþýïïïï(5) 定子电流矢量轨迹如图1所示,当电机的端电图1 定子电流矢量轨迹压和电流达到极限值时,经过公式推导可得出此时的转折速度:ωb=u lim(L q i lim)2+ψ2f+(L d+L q)C2+8ψf L d C16(L d-L q)(6)式中:C=-ψf+ψ2f+8(L d-L q)2i2lim㊂ 定义电机的弱磁扩速倍数:k=ωmaxωb(7) 将弱磁率ξ=L d i sψf和凸极率ρ=L qL d代入到式(7)中,可得:k=ωmaxωb= 1+(ρξ)2+116(1-ρ)[(1+ρ)C2f+8C f]1-ξ(8)式中:C f=-1+1+8(1-ρ)2ξ2㊂根据式(8)可得如图2所示的凸极永磁同步电动机弱磁扩速倍数随凸极率和弱磁率的变化曲线,可以看出,电机的弱磁扩速倍数随凸极率和弱磁率的增加而增加㊂对永磁同步电动机的凸极率和弱磁率进行优化,便可以影响电机的扩速范围㊂图2 弱磁扩速倍数k与ξ,ρ的关系2 永磁同步电动机优化分别对原功率为2.2kW,永磁体为矩形和V形的两台内置式永磁同步电动机进行优化,以弱磁率和凸极率为优化目标,使其满足两倍以上的调速范围㊂2.1 建立电机的物理模型样机的基本参数如表1所示,电机的物理模型如图3㊁图4所示㊂在电机基本结构尺寸不变的情况下,对电机的永磁体尺寸㊁位置进行优化,永磁体尺寸主要有永磁体宽度b m,永磁体磁化方向长度h m㊂矩形永磁体的位置主要靠轴心距确定,就是永磁体下边缘距离电机中心的距离,即o2㊂轴心距越大,永磁体离气隙越近,离电机转轴的中心则越远㊂V形永磁体的位置还要依靠永磁体旋转角度来确 2021年第49卷第3期 D设计分析esign and analysis 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析19 定,旋转角为θ㊂表1 电机的基本参数参数值参数值定子外径Φso /mm 155定子槽数36定子内径Φsi /mm 98极对数2转子内径Φri /mm 38额定转速n /(r㊃min -1)1500气隙长度δ/mm0.6轴向长度l /mm105图3 矩形永磁体电机模型图4 V 形永磁体电机模型2.2 电机的优化在初步确定电机额定电流的情况下,对永磁体的尺寸范围进行优化设计㊂利用Maxwell 软件,分别建立两种永磁同步电动机的2D 模型,并设置永磁体宽度㊁磁化方向长度和轴心距为参数化变量,求解不同情况下的凸极率和弱磁率,参数化范围如表2㊁表3所示㊂表2 矩形永磁体参数矩形参数范围步长宽度b m /mm30~502磁化方向长度h m /mm4~5.50.5轴心距o 2/mm33~351表3 V 形永磁体参数V 形参数范围步长单片宽度b m /mm 15~242磁化方向长度h m /mm4~70.5轴心距o 2/mm30~351 对在此范围内的所有不同组合进行参数化扫描仿真,并进行最优化求解,最优化算法采用默认的拟牛顿算法,它是求解非线性优化问题最有效的方法之一,收敛速度快㊂最优化求解的目标为ρ≥1.5,ξ≥0.5,由图2可以看出,理论上满足3倍的调速范围㊂经过Maxwell的最优化求解,可得出永磁体宽度㊁永磁体磁化方向长度和轴心距的初选结果㊂2.2.1 永磁体的尺寸确定经过分析和有限元软件的计算,可得到ρ和ξ随电机永磁体尺寸的参数变化规律㊂矩形永磁体和V 形永磁体的变化规律都是随着电机永磁体厚度和磁化方向的增加,ρ增加且ξ下降;永磁体宽度对两个参数的影响更明显,如图5㊁图6所示㊂(a)矩形永磁体电机(b)V 形永磁体电机图5 凸极率和弱磁率随永磁体宽度的变化(a)矩形永磁体电机(b)V 形永磁体电机图6 凸极率和弱磁率随永磁体磁化方向长度的变化两个优化参数变化趋势并不相同,在有限元优化求解给出的结果下,要想达到优化目标,并考虑制作工艺难度㊂最后确定矩形永磁体尺寸确定为宽42mm,厚4mm;V 形永磁体尺寸确定为单片永磁体宽20mm,厚4mm㊂2.2.2 永磁体的位置确定在永磁体尺寸确定的情况下,随着轴心距的增加,如图7所示,矩形永磁体电机的ρ会增加,ξ会下降;V 形永磁体电机的ρ和ξ呈相同变化规律,凸极率增加,弱磁率下降㊂(a)矩形永磁体电机(b)V 形永磁体电机图7 凸极率和弱磁率随轴心距的变化经过优化求解,矩形永磁体电机轴心距选择35mm;V 形永磁体电机轴心距选择33mm㊂V 形永磁体不仅要考虑轴心距,还要考虑永磁体旋转的角度θ对交直轴电感的影响㊂如图8所示,随着旋转角度的增加,凸极率上升,弱磁率下降,最终旋转角选择23°㊂图8 凸极率和弱磁率随旋转角度的变化3 电机参数分析与对比3.1 矩形永磁体电机在永磁体尺寸和位置确定之后,对电机模型进行有限元仿真,电机的直轴电感为0.074H,交轴电感为0.143H,磁链为0.608Wb,仿真得出凸极率为1.93,弱磁率为0.597,满足求解目标㊂ D设计分析esign and analysis 2021年第49卷第3期 程献会等 永磁同步电动机调速范围的优化及性能分析 20 对优化后的电机进行MATLAB仿真分析,采用基于最大转矩电流比的弱磁控制方式,控制框图如图9所示㊂在空载及负载条件下进行仿真分析,对比优化前后电机的调速范围,结果如表4㊁图10所示㊂可以看出,优化后空载条件下调速范围可以达到两倍以上,负载下调速范围也明显提高,达到了优化的目的㊂图9 弱磁控制框图表4 矩形永磁体电机最高转速对比转矩T/(N㊃m)优化前n f/(r㊃min-1)优化后n a/(r㊃min-1)仿真实验仿真020001900310010185018002400(a)空载下电机转速(b)负载下电机转速图10 矩形永磁体电机转速优化3.2 V形永磁体电机对确定永磁体位置和尺寸的电机模型进行有限元仿真,电机的直轴电感为0.073H,交轴电感为0.142H,磁链为0.635Wb,凸极率为1.96,弱磁率为0.56,满足求解要求㊂对优化后的V形永磁体电机,进行基于最大转矩电流比的弱磁调速控制下的空载及负载仿真,结果如表5所示㊂空载可以达到两倍左右的调速范围,负载下速度也有所提高,满足优化目标,如图11所示㊂表5 V形永磁体电机最高转速对比转矩T/(N㊃m)转速n/(r㊃min-1)优化前优化后022003000 1020002450(a)空载下电机转速(b)负载下电机转速图11 V形永磁体电机转速优化4 结 语本文借助有限元仿真软件,以内嵌式永磁同步电动机的调速范围为优化目标,讨论了矩形和V形永磁体不同尺寸和位置对电机参数的影响,结合对调速范围的影响,确定了电机永磁体的尺寸和位置,完成了电机的优化设计㊂以优化完成的电机尺寸,对其进行参数分析和对比,较之前的电机有了明显的转速范围的提升,达到了本次优化的目的㊂优化过程和结果对内嵌式永磁同步电动机的设计和参数提供了一定的参考㊂参考文献[1] 唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京:机械工业出版社,2015.[2] 王秀和.永磁电机[M].北京:中国电力出版社,2011.[3] 贾金信,杨向宇,曹江华.基于田口法的内嵌式永磁电动机的优化设计[J].微电机,2013,46(6):1-4.[4] 王艾萌,温云.田口法在内置式永磁同步电机优化设计中的应用[J].华北电力大学学报(自然科学版),2016,43(3):39-44.[5] 陈晨.纯电动汽车用永磁同步电动机设计及弱磁扩速分析[D].天津:天津大学,2010.[6] 解志霖.电动大巴车用永磁电机设计[D].沈阳:沈阳工业大学,2017.[7] 郭殿林,陈康,包兵.电动汽车凸极式永磁同步电机弱磁调速的研究[J].煤矿机械,2016,37(7):58-60.[8] 皮秀,王善铭.弱磁调速的永磁同步电机参数的分析设计[J].中国科技论文在线,2010,5(8):585-591.[9] 孙慧芳,高琳,李计亮,等.弱磁调速用永磁同步电机设计分析[J].微电机,2010,43(12):16-20.[10] 高锋阳,齐晓东,李晓峰,等.部分分段Halbach永磁同步电机优化设计[J/OL].电工技术学报:1-14[2021-02-04].ht⁃tp:///10.19595/ki.1000-6753.tces.191554..[11] 李晓峰,高锋阳,齐晓东,等.对称V型异步起动永磁同步电机齿槽转矩优化[J/OL].电力系统及其自动化学报:1-9[2021-02-04]./10.19635/ki.csu-epsa.000497.[12] 刘晓宇,袁彬,戴太阳,等.基于自适应网格及响应面模型的永磁电机多目标优化[J].微特电机,2020,48(7):24-27,30.作者简介:程献会(1995 ),女,硕士研究生,研究方向为电机与电器㊂。
永磁同步电机弱磁控制方法综述
永磁同步电机弱磁控制方法摘要：永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点，在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用。
永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求，对其进行弱磁控制并拓宽调速范围有着重要意义。
本文针对现在常用的几种永磁同步电机弱磁控制方法进行综述。
基于控制对象的不同，对弱磁控制方法进行分类，并详细介绍了目前比较常见的负id 补偿法、查表法、梯度下降法、电流角度法、单电流调节器法等方法,分析了各方法的原理及特点，得出以电压为控制对象的弱磁方法具有一定发展前景的结论。
关键词：永磁同步电机；弱磁控制；内置式永磁同步电机；矢量控制The Field Weakening Control Strategy of Permanent MagnetSynchronous MotorAbstract: PMSM because of its high power density, high reliability and high efficiency characteristics, at a higher speed requirements of electric vehicle drive system has been widely used. PMSM weakening control technology must be used to meet the needs of a wide speed range . And because of its salient pole effect, it is of great significance to broaden the scope of the weak magnetic field of IPMSM. In this paper, the commonly used weakening control method of PMSM are reviewed.Based on the different control object,we classify the weak magnetic control method, and introduces in detail the negative id compensation method, look-up table method, gradient descent method, current angle method, single current regulator method that is used commonly at present, analyzes the principle and characteristics of each method.Finally, we conclude that voltage control field weeking method has development prospects .Key words: PMSM; the field weaking control; IPMSM;FOC1引言永磁同步电机(Permanent magnet synchronous machine，PMSM)由于其高功率密度、高可靠性和高效率等特点，在电动汽车等要求较高的调速驱动系统中得到了广泛的应用[1, 2]。
永磁同步电机弱磁调速
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载永磁同步电机弱磁调速地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告专业：电气工程及其自动化学生姓名：学生学号:学生班号:摘要本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。
稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。
由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。
这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。
本文主要研究内容是对内置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。
分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。
并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。
仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。
关键词：内置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模目录目录TOC \o "1-3" \h \z \u HYPERLINK \l "_Toc468719910" 永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 PAGEREF _Toc468719910 \h 1HYPERLINK \l "_Toc468719911" 一、研究的问题 PAGEREF_Toc468719911 \h 4HYPERLINK \l "_Toc468719912" 二、研究方法 PAGEREF_Toc468719912 \h 5HYPERLINK \l "_Toc468719913" 2.1 永磁电机的数学模型 PAGEREF _Toc468719913 \h 5HYPERLINK \l "_Toc468719914" 2.2弱磁调速原理 PAGEREF_Toc468719914 \h 6HYPERLINK \l "_Toc468719915" 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 PAGEREF _Toc468719915 \h 7HYPERLINK \l "_Toc468719916" 2.4 仿真结果 PAGEREF_Toc468719916 \h 11HYPERLINK \l "_Toc468719917" 三、解决效果 PAGEREF_Toc468719917 \h 12HYPERLINK \l "_Toc468719918" 3.1 结论 PAGEREF_Toc468719918 \h 12HYPERLINK \l "_Toc468719919" 3.2感悟与体会 PAGEREF_Toc468719919 \h 12前言本次阅读文献报告的主要课题是研究对内置式永磁同步电机弱磁调速控制的研究，报告内容主要来自等，在写作过程中也参考了一些关于永磁同步电机弱磁调速控制方法设计以及弱磁性能研究等方面的资料现在从关注的问题、所用的研究方法及关注问题解决的效果三个方面来阐述报告内容。
提高永磁同步电机在深度弱磁控制区稳定性的控制研究_石敏_冯江华_许峻峰_何亚屏_
摘
要 ：分析了深度弱磁区域中电流矢量控制的稳定性问题，提出了一种新的关于永磁同步电
作者简介：石 敏（1989-）， 女， 硕 士 研 究 生， 研 究 方 向
机（PMSM）的最大转矩电压比 (MTPV) 弱磁控制策略，以提高系统的稳定性，增加最大转矩时更 为电力电子与电力传动。
宽的调速范围，确保不同运行区域之间的平滑转换。通过 MATLAB/Simulink 仿真，验证了理论分
Abstract: Stability problem of PMSM current vector control in depth flux-weakening area was analyzed, and a new flux-weakening control scheme in the MTPV of PMSM was proposed, which significantly improved stability and increased speed range while maintaining maximum possible torque capability with smooth transition between different operation regions. Through MATLAB/Simulink simulation, the correctness of the theoretical analysis was verified; it was shown that PMSM could operate in the speed ratio of 1:4 without any current oscillation and instability with the new scheme.
PMSM控制方式FOC_MTPA_弱磁简介
四、弱磁控制
系统运行在弱磁控制模式时，随着转速升高，电机输出功率恒定不变。只要 电流分控制在电压极限圆和电流极限圆的交集中，就可以形成一个恒定功率的调 速区域。这时 PMSM 的定子电流矢量将沿着电流极限圆向着 d 轴的负方向旋转。 运用不等式来表述恒功率弱磁的前提条件为：
E0、Xd分别是永磁同步电机的反电动势和直轴电抗。电机能够运行在极限大 的转速的条件是 Id=Ilim，也就是说最大去磁电流能够产生的去磁磁通在数值上等 于永磁磁通，可以表达为:
当 PMSM 的转速确定时，d 轴电流可以由下式计算，为
四、弱磁控制
联合下式到转速为
用逆变器输出的极限值来代替上式中的电流和电压量就可以的到理想状态下 的最高转速
谢谢！
二、PMSM的数学模型及FOC控制方式
PMSM的在d-q轴上的数学模型
二、PMSM的数学模型及FOC控制方式
坐标变换 Clark变换
iclark变换
Park变换 iPark变换
二、PMSM的数学模型及FOC控制方式
PMSM矢量控制方法（FOC） 原理 借助于坐标变换，将各变量从三相静止坐标系变 换到跟随转子同步旋转的两相旋转坐标系上，定子电流 矢量按d-q轴被分解id和iq（其中id为励磁电流分量，iq 为转矩电流分量），转矩方程（2）中，通过对id和iq 的控制可以达到控制转矩的目的。
MTPA控制在不影响输出转矩的前提下可以降低电机的铜耗，提高运行效率， 尤其是在汽车启动、加速以及爬坡时降低电驱动系统的实际容量。
三、最大转矩电流比MTPA控制
Id、Iq、Ia的关系为：
id Ia2 iq2
(1)
将式（1）带入扭矩公式，再将Te对iq求导，令导数等于零，可以得到：
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永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告专业：电气工程及其自动化学生：学生学号:学生班号:本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。
稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。
由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。
这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。
本文主要研究容是对置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。
分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。
并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。
仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。
关键词：置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模目录永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 (1)一、研究的问题 (4)二、研究方法 (5)2.1 永磁电机的数学模型 (5)2.2弱磁调速原理 (6)2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 (7)2.4 仿真结果 (11)三、解决效果 (12)3.1 结论 (12)3.2感悟与体会 (12)本次阅读文献报告的主要课题是研究对置式永磁同步电机弱磁调速控制的研究，报告容主要来自等，在写作过程中也参考了一些关于永磁同步电机弱磁调速控制方法设计以及弱磁性能研究等方面的资料现在从关注的问题、所用的研究方法及关注问题解决的效果三个方面来阐述报告容。
一、研究的问题近年来，随着稀土永磁材料和电子功率器件的发展，永磁同步电机获得了广泛研究。
永磁同步电机较异步电机具有功率密度大、转子发热量小、结构紧凑等优点，用永磁同步电机做主轴传动正在成为一个新的研究方向。
普通永磁同步电机为了实现力矩随电流线性可控，一般将励磁电流设为零，这种控制策略将导致电机的最高转速不能超过额定转速，转矩输出能力也不能满足主轴电机的要求。
为了充分挖掘永磁同步电机的潜能，总是需要并希望在额定功率下输出的转速尽可能高些，然而，在基速（注意：在直流母线电压达到最大值，也就是电机输入电压最大且在额定转矩的情况下，对应的转速被称为基速）以上时，如果磁通保持不变，电机的反电动势必将大于电机的最大输入电压，造成电机绕组电流的反向流动，这在电机实际运行时是不允许的，而弱磁时，磁通反比于定子频率，使感应电动势保持常值而不随转速上升而增加，所以采用弱磁控制方可解决此类问题，且永磁调速系统具有体积小、节能、控制性能好，系统运行噪低、平滑度和舒适性好等优点。
所以，此背景下，研究永磁同步电动机的弱磁调速系统具有重大意义。
二、研究方法2.1 永磁电机的数学模型以二相导通星形三相状态为例，分析PMSM的数学模型及转矩特性。
为建立永磁同步电动机的转子轴（dq轴）数学模型，作如下假定：（1）三相绕组完全对称，气隙磁场为正弦分布，定子电流、转子磁场分布对称；（2）忽略齿槽、换相过程和电枢反应等影响；（3）电枢绕组在定子表面均匀连续分布；（4）磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。
则三相绕组的电压平衡方程式可表示为式中，,,a b c u u u 为定子绕组的相电压；R s 为定子每相绕组电阻；,,a b ci i i 为定子绕组相电流； s L 为定子每相绕组的自感；M 为定子每相绕组的互感；p 为微分算子p=d/dt ；f 为转子永磁体磁链；θ为转子位置角，即转子q 轴与a 相轴线的夹角。
因为三相绕组为星型连接，有 ++=0a b c i i i ，则式(1)可简化为：式(2)为永磁同步电机在abc 静止坐标系下电压方程。
利用坐标变换，把abc 静止坐标系变换到dq 转子坐标系，得到相应的动态电压方程：式中，r ω为转子电角速度；d q L L 、为直、交轴同步电感。
在d 、q 坐标系下电机的电磁转矩为：式中，n P 表示电机极对数。
2.2弱磁调速原理永磁同步电机中，感应电势随着转速的增加而增加，当电机的端电压达到控制器直流侧电压时， PWM 控制器将失去追踪电流的能力。
因此定子端电压Us 和相电流Is ，受到逆变器输出电压和输出电流极限(Usmax 和Ismax )的限制。
由此可得电流极限圆电压极限椭圆又因为0f d d q q E x L x L ωψωω===，，，所以电压极限椭圆方程可以改写为永磁同步电动机的运行围是受以满足电流极限圆和电压极限椭圆为条件限制的，即电机的电流矢量 Is (其分量为 Id 与 Iq )应处于两曲线共同包围的面积，如图 1 中阴影部分所示。
由图 1可以看出，电机转速 ω 升高， Id 分量趋于增大，相应的 Iq 分量必须减小，因此，电机的电磁转矩也随转速升高而下降，显示出恒功率的特性。
图1 PMSM电压电流限制曲线2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立在 Matlab6. 5的Simulink环境，利用SimPower2 System Toolbox2. 3丰富的模块库,在分析PMSM数学模型的基础上提出了建立PMSM弱磁控制控制系统仿真模型的方法，弱磁控制系统总体设计框图见图2。
PMSM 弱磁控制建模仿真系统采用双闭环控制方案：速度环为控制外环，它使电机的实际转速与给定的转速值保持一致，实现电机的加速、减速和匀速运行，并且及时消除负载转矩扰动等因素对电机转速的影响。
电流环为控制环，它的作用是控制逆变器在定子绕组上产生准确的电流。
根据模块化建模的思想，将图 2 中的控制系统分割为各个功能独立的子模块，其中主要包括：PMSM 本体模块、矢量控制模块、电流滞环控制模块、速度控制模块、弱磁控制模块等，通过这些功能模块的有机整合，就可在 Matlab/Simulink中搭建出PMSM 控制系统的仿真模型，并实现双闭环的控制算法。
图2 PMSM弱磁控制系统总体设计框图2.3.1 PMSM 本体模块在整个控制系统的仿真模型，PMSM 本体模块是最重要的部分。
Matlab/ Simulink 的工具箱提供了按交直轴磁链理论建立的定子绕组按 Y 型连接的 PMSM 模块。
PMSM 模块共有四个输入端，其中前三个输入端，分别为 A 相、 B 相、 C 相输入端， 第四个输入端为转矩输入端 T 1 (N·m)。
当 T 1 >0 时，为电动机模式；当 T 1 < 0 时为发电机模式。
PMSM 的主要设置参数包括:定子电阻R (Ω)；交直轴定子电感 d q L L 、(H)转子磁场磁Ф(W b )；转动惯量 J (kg·m2) ； 粘 滞 摩 擦 系 数B (N·m·s)；电机的极对数 p 等。
2.3.2 矢量控制模块dq 向abc 转换模块主要是根据转子的位置即图2中的θ，按照dq 变换的反变换公式产生三路基准信号，dq 变换的反变换公式如下：式(8)中包含了零序分量，在对称三相条件下，没有零序分量dq 向abc 转换结构框图如图3所示。
dq 向abc 转换模块输出三路基准信号，该曲线的横坐标按转子位置标注， 纵坐标按电流标注。
三根曲线分别代表对应与转子的某一位置的三个绕组各自驱动电流瞬时值，通过矢量合成可知此刻的旋转磁场矢量的角度。
图3 dq 到abc 转换结构框图2.3.3 电流滞环控制模块三相电流源型逆变器模块是按照矢量控制理论，利用滞环电流控制方法，实现电流逆变控制。
输入为三相参考电流和三相实际电流，输出为变器电压信号，模块结构框图如图4所示。
当实际电流is 经过惯性环节1)S T +1/(低于参考电流sr i 且偏差大于滞环比较器的环宽时，电机对应相正向导通，负向关断；当实际电流si 经过惯性环节1)S T +1/(超过参考电流sr i 且偏差大于滞比较器的环宽时，对应相正向关断，负向导通选择适当的滞环环宽，即可以实际电流不断跟踪参考电流的波形，实现电流闭环控制。
图4 三相电流源型逆变器模块结构框图2.3.4 速度控制模块速度控制模块的结构较为简单，如图5所示，参考转速和实际转速的差值为单输入项，三相考相电流的幅值qref i 为单输出项。
其中， Ki 为PI 控制器中P(比例)的参数，1/K T 为PI 控制器中I(积分的参数，饱和限幅模块将输出的三相参考相电流的幅值限定在要求围。
图5 速度控制模块2.3.5 弱磁控制模块电机在恒转矩区运行时， 直轴电流q i *的计算公式如下电动机转速超过基速时，恒功率运行，d i * 切换为下面公式计算式中，d L 为永磁同步电机直轴电感；q L 为永磁同步电机交轴电感；R s 为定子绕组的电阻； ω为感应电动势的电角度。
2.4 仿真结果在前面理论分析的前提下，本文基于Matlab/Simulink 建立PMSM 弱磁控制系统的仿真模型，并对该模型进行了PMSM 双闭环控制系统的仿真。
PMSM 电机仿真参数设置：相绕组电阻R 为2.87 Ω，极限电压值max s U 为240 V ，d 轴电感分量d L 为388.5 mH ，极限电流值max s I 为1.6 A ，q 轴电感分量q L 为475.5 mH ，起始机械转矩i T 为5 N •m ，永磁磁链m ψ为447， 机械转矩变化时刻t 为0.015 s ，极对数p 为4，最终机械转矩Tend 为3 N •m 。
通过仿真试验表明，转速达到基本转速以后，若不加该电流弱磁控制算法，继续升速的空间很小。
采取了本文提出的电流调节算法以后，永磁同步电机的弱磁调速区域明显扩大，恒功率运行区域调速比达到了4： 1；最高转速达到2200 rad/s，转速为1600 rad/s时的仿真波形如图6到图8所示。
图6 转矩响应曲线图7 转速响应曲线图8 三相电流仿真波形由仿真波形可以看出：在转速为1600 rad/s时，系统转矩响应快速且平稳，三相电流波形较为理想，转速响应快且稳态运行时无静差，具有较好的静态和动态特性。
三、解决效果3.1 结论本文在分析 PMSM 数学模型的基础上，提出了一种基于电流调节的 PMSM 定子磁链弱磁控制算法。
仿真实验结果表明，本文提出的方拓宽了电动机弱磁调速围，有效地提高了恒功率运行区域的调速比，转速响应迅速，转矩变平稳，系统具有良好的动态和稳态性能，达到预期的设计指标要求。
采用该 PMSM 仿真模型, 以便捷地实现、验证电流调节的弱磁控制算法也可对其进行简单修改或替换，完成控制策略的改进，通用性较强。