电动汽车永磁同步电动机弱磁调速研究
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。
永磁同步电机弱磁调速的研究
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。
电动汽车用永磁同步电动机功率特性及弱磁扩速能力研究(二)——
由最大输入功率控制的电流控制策略 , 进行必 要的推导可得最大输入功率弱磁控制时的电磁功率
的表达式为 :
Pem / Pem N =
1 - [ f (ρ,ω/ ωc) ]2 (ω/ ωc) 2 [1 + (1 - ρ) ( f (ρ,ω/ ωc) - 1) ]/ ρ (5) 显然有 :
lim
ω/
ω
在ζ> 1 时 , 如普通弱磁至一定转速时改为最 大输入功率弱磁控制 , 则整个调速范围电压电流相 量轨迹如图 3 所示 1 恒转矩控制时 , 电流相量为 OAi 保持不变 , 电压相量轨迹由 O 至 Au ; 普通弱磁 时 ,电流相量轨迹由 Ai 至 Bi , 电压相量轨迹由 Au 至 Bu ; 最大输入功率弱磁控制时 , 电流相量轨迹由 Bi 至 Ci ,电压相量轨迹由 B u 至 Cu1
Ⅱ ρ≠1 时功率特性曲线 ρ≠1 时 ,最大输入功率弱磁控制运行的最高转 速也趋于无穷 ,此时 iq = 0 , i d = Ψf / L d ,并且由于 :
u d = ωL qiq =
u
2 lim
ωρΨf
-
当 ω= ∞时有 :
ωρΨf ) 2 + 8 (ρ- 1) 2 ul2im 4 (ρ- 1)
———最大输入功率弱磁控制的功率特性及等效电流控制策略
徐衍亮 (250061 山东省济南市 山东大学电气工程学院)
(100083 北京市 北京航空航天大学宇航学院)
摘 要 采用永磁同步电动机 d 、q 坐标系下的相量分析方法 ,分析了永磁同步电动机最大输入功率弱 磁控制时的电压电流相量的变化轨迹及功率特性 ,提出最大输入功率弱磁控制的等效电流控制策略 1 推导 出以弱磁率和凸极率为变量的 PMSM 的弱磁扩速倍数的数学表达式 ,提出提高 PMSM 弱磁扩速能力的根 本措施 ,分析了损耗 、饱和等因素对 PMSM 的功率特性及弱磁扩速倍数的影响 1
电动汽车用永磁电机弱磁调速能力
电动汽车用永磁电机弱磁调速能力冯桂宏;李庆旭;张炳义;刘忠奇;刘昊【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2014(018)008【摘要】针对电动汽车驱动系统对永磁电机恒功率调速范围的较高要求,研究了内置V型磁路结构参数对永磁电机弱磁调速能力的影响.采用有限元仿真的方法分析相邻磁极间距和磁极中心植入深度与直轴电感、交轴电感、凸极率、气隙磁密和永磁磁链之间的关系,并由此得到永磁转矩和磁阻转矩的变化规律.结合电机控制器最大逆变电压和输出电流,总结出永磁电机反电势和转子结构参数与弱磁调速范围的关系.样机实验结果表明,通过调整转子磁路结构进而优化电机反电势和凸极率的方法能够有效拓宽永磁电机弱磁调速范围.电动汽车用永磁电机应适当增加转子相邻磁极间距并降低永磁体埋置深度,降低电机反电势的同时增加磁阻转矩,提高恒功率调速阶段带载能力.【总页数】8页(P55-61,66)【作者】冯桂宏;李庆旭;张炳义;刘忠奇;刘昊【作者单位】沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870;沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110870【正文语种】中文【中图分类】TM351【相关文献】1.电动汽车用永磁同步电动机弱磁研究综述 [J], 朱永彬;林珍2.基于矢量控制的电动汽车用异步电动机弱磁控制方法 [J], 窦汝振;辛明华;杜智明3.电动汽车用永磁同步电动机弱磁控制系统研究 [J], 马立丽;朱明星4.电动汽车用永磁同步电动机功率特性及弱磁扩速能力研究(一)——恒转矩控制及弱磁控制时的功率特性 [J], 徐衍亮5.电动汽车用永磁同步电动机功率特性及弱磁扩速能力研究(二)——最大输入功率弱磁控制的功率特性及等效电流控制策略 [J], 徐衍亮因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
电动汽车内嵌式永磁同步电机全速弱磁控制方法研究
电动汽车内嵌式永磁同步电机全速弱磁控制方法研究高润泽;翟丽;苏丽伟【摘要】本文对内嵌式永磁同步电机的弱磁策略进行研究,提出了永磁同步电机全速范围内的弱磁控制策略.通过对内嵌式永磁同步电机的数学模型和常规矢量控制方法的研究,对内嵌式永磁同步电机全速范围内的运行工况进行了分析,将内嵌式永磁同步电机的运行工况划分为分为恒转矩运行I区、恒转矩运行II区、弱磁运行的恒功率区和弱磁运行的高速区四个区域,确定了各个区域内的控制策略算法以及区域间的过渡条件,提出了根据给定转矩和反馈转速确定内嵌式永磁同步电机交直轴电流的参考值的电流控制策略.在Matlab/Simulink下,对各个运行区域的控制策略进行建模,并针对稳态负载和动态负载两种情况进行了仿真,仿真结果验证了各个区域内弱磁控制策略的可行性.运用Matlab/Simulink下的控制模型、多体动力学软件RecurDyn下的虚拟样机和实时仿真平台RT-LAB进行联合仿真,验证弱磁控制策略的可行性.运用实时仿真平台RT-LAB、Matlab/Simulink和Labview构建矢量控制系统半实物仿真平台,对带弱磁控制的矢量控制系统进行特性分析.【期刊名称】《交通节能与环保》【年(卷),期】2016(012)005【总页数】9页(P20-28)【关键词】内嵌式永磁同步电机;矢量控制;全速范围;弱磁控制;联合仿真【作者】高润泽;翟丽;苏丽伟【作者单位】交通运输部公路科学研究院,北京 100088;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081;一汽—大众有限公司,吉林长春 100017【正文语种】中文【中图分类】U121永磁同步电机体积小、惯性低、响应快，具有电机功率密度高、能量密度高、低速转矩密度高、效率高、可靠性高等诸多优点。
这类电机非常适应于电动汽车的驱动系统，成为现在新能源车辆驱动电机的主流。
永磁同步电机常用的控制策略有变压变频控制、磁场定向控制、直接转矩控制。
永磁同步电机弱磁控制理论研究
图 6 普通弱磁区域电流矢量轨迹（圆心在内） 3.3 最大功率输出区域 如图 7 所示，永磁同步电机的电压极限椭圆中心 M 在电流 极限圆的内部时，最大功率输出轨迹与电流极限圆必有交点 B， 随着转速的升高，电流矢量从 A 点变化到 B 点后将沿着最大功 率输出轨迹变化，直至椭圆中心 M 点。M 点为电机在该区域的极 限运行点，此时在理想状态下永磁体的磁链被完全抵消，电机的 转速能够达到无限大。
图 1 永磁同步电机 dq 轴坐标系模型 将电流矢量在 dq 轴系下进行分解，其中 d 轴电流的作用是 影响定子磁链。当永磁同步电机工作电压达到极限后，使 d 轴电 流变为负值，对永磁体励磁磁场产生削弱作用，从而减小电压矢 量幅值，使得电机转速可以继续上升，所以将这一过程称为弱磁 控制[2]。 2 电压极限椭圆和电流极限圆 受永磁同步电机逆变器容量的限制，定子电压和相电流不 能无限制增大，即可得到电机在运行过程中电压和电流的约束 条件[3-4]。 将三相静止坐标系中的电压方程通过坐标变换矩阵可以得
（3）
Hale Waihona Puke 蓘 蓡 （Lqiq）2 +（ψf+Ldid）2≤
ulim ωr
2
在 dq 轴系的电流平面内电流矢量满足条件：
（4）
i2s=i2d+i2q≤i2lim
（5）
通过分析可以发现，对于凸极式永磁同步电机，dq 轴电感之
比 Lq/Ld 一般大于 1，电流极限方程（5）在 dq 轴系内是一个以坐
标原点 O 为圆心的圆，电压极限方程（4）表示为一个椭圆，该椭
关键词：永磁同步电机；弱磁控制；约束条件；运行区域
永磁同步电机弱磁控制理论研究
衢州职业技术学院机电工程学院 郑丽辉 方晓汾
基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统研究
基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统研究基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统研究摘要：本文研究了基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统。
首先，介绍了永磁同步电机的基本原理和特点，并分析了调速系统的重要性。
然后，详细讨论了永磁同步电机调速系统中的弱磁升速技术。
最后，通过实验验证了该调速系统的有效性和可靠性。
引言永磁同步电机是一种具有高效率、高功率密度和高控制精度的电机。
近年来，随着电动汽车、舰船和风力发电机组等应用领域的广泛发展，永磁同步电机的研究成为了热门话题。
调速系统作为永磁同步电机的关键组成部分，对电机性能和运行稳定性起着至关重要的作用。
永磁同步电机的调速系统主要包括传感器、控制器和驱动器等组件。
其中，驱动器是实现电机速度调节和转矩控制的核心部分。
传统的永磁同步电机调速系统通常采用磁场定向控制策略，通过测量电机的电流、转速和位置信号来控制电机的运行状态。
然而，由于传感器的测量误差和传递延迟等因素的存在，传统调速系统的响应速度和控制精度有一定的限制。
为了解决这一问题，本文提出了一种基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统。
弱磁升速技术是指在电机低速、小负载或突变负载条件下利用磁场变化特性实现电机的快速响应和高控制精度。
该技术主要包括双矩极调速和磁链损耗调速两种方式。
双矩极调速是指通过调整电机的矢量控制策略，使电机在低速运行时仅激励一个磁极，从而提高转矩响应速度。
同时，通过改变磁极数目和位置的方式，可以进一步优化电机的性能。
磁链损耗调速是指通过调整电机的绕组参数和通电方式，降低电机的磁链大小和损耗，从而减小电机的转矩惯量和响应时间。
该方法主要通过降低电机的漏磁和回路阻抗来实现。
实验结果表明，磁链损耗调速可以显著提高电机的静态和动态响应性能。
为了验证弱磁升速技术在永磁同步电机调速系统中的应用效果，本文设计了一台基于DSP控制器的实验平台。
在实验中，通过改变电机的磁极数目和位置，以及调整绕组参数和通电方式，分别进行了双矩极调速和磁链损耗调速的性能测试。
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。
电动汽车用永磁同步电动机弱磁研究综述
综述电动汽车用永磁同步电动机弱磁研究综述朱永彬林珍（福州大学电气工程与自动化学院，福州 350116）摘要从永磁同步电动机结构特点和弱磁运行原理入手，结合电动汽车的特殊运行工况，分析电机磁路结构及主要参数对电动机弱磁性能的影响，综述了国内外电动机弱磁性能研究的发展现状，为电动汽车用永磁同步电动机弱磁性能的研究提供参考。
关键词：电动汽车；永磁同步电动机；弱磁Summarization for Flux-weakening Performance of Permanent Magnet Synchronous Motors Applied in Electric VehicleZhu Yongbin Lin Zhen(Electrical Engineering and Automation Institute of Fuzhou University, Fuzhou 350116)Abstract The impact from motor structure and several other key parameters to flux-weakening performance was analyzed by combining the structural characteristics of PMSM, its flux-weakening principles and the special operating conditions of electric vehicles. This paper also reviews the research status of flux-weakening performance in recent years, to provide a reference for the study of flux-weakening performance of PMSM applied in EV.Keywords：electric vehicle；permanent magnet synchronous motor；flux-weakening随着世界范围内资源、能源及环境问题日益凸显，电动汽车以其较高的能量利用率和环境友好性逐渐取代传统能源汽车，带来整个行业的变革。
电动汽车用永磁同步电动机功率特性及弱磁扩速能力研究(一)――概要
收稿日期 :2001212229基金项目 :国家 863计划项目 (8632Z37203 1电动汽车用永磁同步电动机功率特性及弱磁扩速能力研究 (一———恒转矩控制及弱磁控制时的功率特性徐衍亮(250061山东省济南市山东大学电气工程学院 (100083北京市北京航空航天大学宇航学院摘要采用 d 、 q 坐标系下的相量分析方法 , 研究永磁同步电动机(PMSM 、特别是电动汽车用 PMSM 1详细分析了不同弱磁率、不同凸极率对电机电压、电流相量变化轨迹的影响 , 及由此引起的电机的功率特性及弱磁扩速能力的差异 1推导出以弱磁率和凸极率为变量的 PMSM 的弱磁扩速倍数表达式 , 由此得出提高 PMSM 弱磁扩速能力的根本途径 , 比较了不同磁路结构 PMSM 弱磁扩速能力的大小 1关键词功率特性 ; 弱磁 ; 相量分析 /电动汽车 ; 永磁同步电动机中图分类号TM41文献标识码 :A文章编号 :1000-5323(2002 05-0401-05STU DY ON POWER CAPABIL ITY AN D FL UX 2WEAKENING L EVE L OF PERMANENT MAGNET SY NCHRONOUS MOTORIN E L ECTRIC VEHICL E APPL ICATION (Ⅰ— POWER CAPAB IL IT Y WHEN CONSTAN T TORQU E AND FL U X2WEN KEN IN G CON TROLX U Y an 2liang(School of Elect. Eng. , Shandong Univ. , Jianan City , Shandong Province 250061,China(Beijing Univ. of Aeronautics and Astronautics , Beijing City 100083, ChinaABSTRACT The phasor method is adopted for the first time to analyze the influence of the demagnetizing coefficient , saliency ratio on the loci of voltage and current and then on the power capability and flux 2weakening level of permanent magnet synchronous motor (PMSM especially in electric vehicle (EV application. The de2scription of the PMSM ’ s flux 2weakening adjusting speed capability is wor ked out and expressed with the demag 2netizing coefficient and saliency ratio , by which the radical methods to enhance the PMSM ’ s flux 2weakening ca 2pability are concluded , and the flux 2weakening capability of PMSM with different magnet structures is com 2pared.KE Y WOR DS Power capability ; Flux 2weakening ; Phasor analysis/Electric vehicle (EV ; Permanent magnet synchronous motor (PMSM2002年 10月第 32卷第 5期山东大学学报 (工学版JOURNA L OF SHAN DONG UNIVERSIT Y(ENGINEERING SCIENCEVol. 32 No. 5Oct. 20020引言永磁同步电动机具有尽可能宽广的弱磁调速范围对电动汽车驱动有特别重要的意义 , 能够在电机最大功率 (即逆变器容量不变的条件下提高电动汽车的起动加速能力 [1]及低速爬坡能力 , 或者说在保持电动汽车起动加速及低速爬坡能力不变的前提下降低电机的最大功率 , 从而降低逆变器的容量 1因此对电动汽车驱动用 PMSM 功率特性 (功率转速特性及弱磁扩速能力的分析具有更为重要的意义 1目前 , 分散地选取几组电机参数 (永磁磁链和交直轴电感进行功率特性曲线比较是永磁同步电动机功率特性分析的通用方法 [2~7]1然而这一方法不但分析结论缺乏普遍性 , 而且无法对电机参数变化引起的功率特性曲线的差异原因进行研究和探讨 1实际上 , 永磁同步电动机的不同参数产生电机不同的功率特性 , 原因在于不同电机参数引起电机电压电流相量不同的变化轨迹 1因此本文采用永磁同步电动机 d 、 q 坐标系下的相量分析方法 , 以弱磁率和凸极率为电机参数 , 从电机调速过程中电压电流相量的变化轨迹出发 , 考虑到电动汽车用电机运行的实际 , 研究永磁同步电动机的功率特性 , 对电机的凸极率和弱磁率变化所引起的电机功率特性差异进行综合分析 1本论文由两部分组成 , 第一部分采用永磁同步电动机 d 、 q 坐标系下的相量分析方法 , 以凸极率和弱磁率为电机参数 , 分析了永磁同步电动机恒转矩控制及普通弱磁控制时的电压电流相量的变化轨迹及功率特性的变化规律 ; 第二部分在第一部分的基础上分析了最大输入功率弱磁控制的电压电流相量的变化轨迹及功率特性 , 提出最大输入功率弱磁控制的等效电流控制策略 , 推导出以弱磁率和凸极率为变量的 PMSM 的弱磁扩速倍数的数学表达式 , 提出提高 PMSM 弱磁扩速能力的根本措施 , 分析了损耗、饱和等因素对 PMSM 功率特性及弱磁扩速倍数的影响 1 1电动汽车驱动用永磁同步电动机电流控制策略及其相量分析方法电动汽车驱动用永磁同步电动机与一般驱动用永磁同步电动机的区别在于 , 前者需更大的短时和瞬时大电流 , 使其不但拥有恒转矩控制和普通弱磁控制 , 还具备最大输入功率弱磁控制的条件 11. 1永磁同步电动机电流控制策略由于永磁同步电动机的功率特性及弱磁扩速能力不但决定于电机本身的参数 , 还与逆变器容量及直流母线电压大小有关 , 因此以下分析是以电机的凸极率ρ和弱磁率ξ为参数 , 分别定义为 :ρ=LL d(1ξ=Ψf(2 其中 :L d 、 L q ———直交轴电感Ψf——— d 、 q 坐标系下永磁磁链电动汽车用永磁同步电动机的电流控制策略有三种即 [2~4]:1 恒转矩控制:i s =i lim , u Φu lim ;2 普通弱磁控制 :i s =i lim , u =u lim ;3 最大输入功率弱磁控制:i s Φi lim , u =u lim ; 其中 :i s 、 u s 分别为 d 、 q 坐标系下电机电流和电压 , i lim 、 u lim 分别为 d 、 q 坐标系下电机的极限电流和极限电压 1对这三种电流控制策略 , 其中恒转矩控制和普通弱磁控制是必须存在的 , 最大输入功率弱磁控制只有在ξ>1时才有可能存在 1电流控制策略的详细内容请见有关文献 11. 2调速永磁同步电动机功率特性相量分析方法图 1为调速永磁同步电动机d 、 q 坐标系下的相量图 , 其中角α、β分别为电压电流相量与 q 轴的夹角, φ为功率因数角 , 在不计各种损耗的假定下 , 电机的功率可表示为 :P em =u s i s cos φ(3 为使分析更具普遍性 , 永磁同步电动机功率特402山东大学学报 (工学版 2002年性的分析以标幺值形式进行 , 功率及电角速度的基值 P c 、ωc 分别定义为 :P c =P emN =u lim i lim N(4 ωc =Ψf(5其中, i lim N =Ψf /L d可以看出 , 基值功率是弱磁率为 1时电机的最大功率 , 基值电角速度为电机理想空载时的转折电角速度1图 1永磁同步电动机电压电流相量Fig. 1 Phasors of voltage and current of PMSM2永磁同步电动机恒转矩控制和普通弱磁控制时的功率特性2. 1电压电流相量变化轨迹根据前述电流控制策略 , 永磁同步电动机在恒转矩控制及普通弱磁控制下 , 电压、电流相量角α、β满足下式 :α=tan -1[ρcos β/(1/ξ-sin β ]ξ<1/sin β180°-tan -1[ρcos β/(sin β-1/ξ]ξ>1/sin β90°ξ=1/sin β(6因此 , 永磁同步电动机在整个恒转矩控制区和普通弱磁控制区具有如图 2所示的电压、电流相量变化轨迹 , 可以看出 :1 在恒转矩控制区 , 电流相量保持为 OA i 不变 , 其相角β1可表示为下式 :β1=0°ρ=1sin-1224(ρ-1ρ≠ 1(7电压相量相角为α1, 幅值由 0增加到其极限电压 u lim 12 在普通弱磁控制区 , 电流相量由 OA i 变化到 OB i , 即幅值不变 , 相位由β1→ 90°; 电压相量幅值不变 , 但相位由α1开始根据弱磁率的不同而具有不同的变化规律 1ξ=1时 , 随电流相量由 OA i 变化到 OB i , 电压相量由 OA u 变化到 OB u , 即随电流相位由β→ 90°, 电压相位也由α1→90°, 如图 2a 所示1ξ<1时 , 在整个弱磁区 , 电压相量相角先由α1增大到某一最大值αz , 然后再减少到 0, 变化轨迹如图 2b 所示 , 即电压相量由 OA u 变化到 OB u , 然后反转变化到 OC u 1而且电压相角为αz (即电压相量转折时的电流相角βz 只与弱磁率ξ有关 , 而与凸极率无关, βz 满足下式 :sin βz =ξ(8ξ>1时 , 在整个弱磁过程 , 电压相角由α1一直增大到 180°, 如图 2c 所示 1而且α达 90°时的电流相角βp 也与ρ无关 (由于α1可能大于 90°, 此时该点为假想点 , 且满足下式sin βp =ξ(9图 2恒转矩控制及普通弱磁控制时电压电流相量变化轨迹Fig. 2 Loci of voltage and current phasors of PMSM with constant torque control and ordinary flux 2weakening control 第 5期徐衍亮 :电动汽车用永磁同步电动机功率特性及弱磁扩速能力研究 (一 4032. 2功率与电角速度之间的关系在普通弱磁控制下 , 电机电角速度与电流相量角之间的关系为 :ω=(L q i q 2+(Ψf +L d i d 2=(L q i s cos β 2+(Ψf -L d i s sin β2(10以标么值形式表示式 (10 为:ω3=ω/ωc =1/(ρξcos β 2+(1-ξsin β2(11此时功率标么值为 :P 3em =P em /P emN =ξcos φ(12计及恒转矩运行时功率的变化特征 , 可得 P em /P emN =f (ω/ωc 的变化曲线如图 3所示 11—ξ=3 2—ξ=2 3—ξ=1125 4—ξ=1 5—ξ=0. 909 6—ξ=0. 6677—ξ=01333图 3电磁功率与电角速度之间的关系Fig. 3 Characteristics of power versus electric angle velocity404山东大学学报 (工学版 2002年并且可以推得最高转速ω3max 、最高转速时的功率P 3em (ω=ωmax 和最大功率 P 3em max 分别为 :ω3 max =|1-ξ|ξ≠ 1∞ ξ=1(13P 3em (ω=ωmax = 0ξ≠ 11ξ=1(14P 3em max = ξξΦ1>1ξ>1(151 ξΦ1时 , 电机的最高转速、最高转速时的功率及最大功率仅决定于ξ, 与ρ无关 1因此 , 相同ξ下 , 电机功率特性曲线基本相同 [5]1凸极率仅对产生最大功率时的转速值有影响, ρ增大时该转速值降低 , 有利于提高电机的低速特性 1但当ξ较小时 (即永磁磁链比直轴磁链大很多, ρ对功率特性曲线影响很弱 , 这是由于磁阻功率比永磁功率更强地决定于电机电流的大小 [4]1所以在ξ较小时 , 有无凸极性对电机的功率特性影响可忽略不计 1同时可以看出 , 增大弱磁率ξ, 不但线性增加了最大功率 , 而且增加了电机的最高转速 , 在ξ=1时具有理想的最高转速 1因此拥有尽可能大的凸极率和弱磁率 , 且采用最大转矩电流控制同普通弱磁控制相结合的电流控制策略的永磁同步电动机 , 具有良好的功率特性 12 ξ>1时 , 首先 , 最高转速随ξ的增大而降低 , 且电机在相同ξ下的功率特性受凸极率影响 1其次最大功率与通入电流不再是线性关系 , 增加电机电流 (即增加ξ 并不能线性地增加电机的最大功率 , 功率的增加程度决定于ρ的大小 1ρ=1时功率表示为 :P em =ωΨf i q =Ψ1+((1/ξ-sin β /cos β 2 (16可以看出在sin β=1/ξ时获得最大电磁功率 , 表示为 :P em max =u lim Ψf /L =u lim i sN =P emN (17 此时增加电流 , 最大功率不变 1所以在ξ>1时 , 增大电流不但使调速范围变小 , 而且得不到与电流相应大小的最大功率 1因此当ξ>1时不宜采用普通弱磁控制 1但在ξ>1时 , 增大ξ, 不但最大功率增加 (尽管不是线性增加 , 而且发生最大功率时的转速降低 , 因此有利于提高电机的低速转矩 1参考文献[1] Mehrdad Ehsani , Khwaja M , Hamid A. Propulsion sys 2 tem design of electric and hybrid vehicles [J ].IEEE Trans. Ind. Electronics , 1997, 44(1 :19~27.[2] Morimoto S , Takeda Y , Hirasa T , Taniguchi K. Ex 2 pansion of operating limits for permanent magnet motor by current vector control considering inverter capacity [J]1IEEE Trans. on Ind. Application , 1990, 26(5 : 886~871.[3]唐任远 . 现代永磁电机理论与设计 [M ].北京 :机械工业出版社 ,1997.[4]郭振宏 . 宽恒功率调速范围主轴永磁同步电动机及其传动系统的研究[D ]1[博士学位论文 ], 沈阳 :沈阳工业大学 ,1999.[5] Morimoto S , Sanada M , Takeda Y. Inverter 2driven syn 2 chronous motor for constant power [J ].IEEE Trans. Ind. Magazine , 1996,19~24.[6] Schiferl R F , Lipo T A. Power capability of salient pole permanent magnet synchronous motor in variable s peed drive applications [J ].IEEETrans. Ins. A pplication , 1990,26(1 :115~123.[7] Chalmers B J , Musaba L , G osden D F. Variable 2fre 2 quency synchronous motor drives for electric vehicles[J]. IEEE Trans. Ind. Application , 1996, 32(4 :898~ 903.作者简介 :徐衍亮 , 男 ,1966年 12月生 , 博士 , 副教授 11989年、 1994年、2001年分别在山东工业大学、沈阳工业大学获得工学学士、工学硕士、工学博士学位 , 现在北京航空航天大学博士后流动站工作 , 主要研究方向 :特种电机及其控制 1第 5期徐衍亮 :电动汽车用永磁同步电动机功率特性及弱磁扩速能力研究 (一405。
电动汽车永磁同步电机弱磁控制策略研究
】
＋Ｆ
㈩
（ ２ ）
（ ３ ）
电磁 转矩 方 程 ：
＝Ｐ ［ 机械 运 动方 程 ：
。
＋（ ￡ ｄ— ） ｉ ｉ ｆ ］
：
‘
＋ ．
Ｐ
ｃ ｔ ｔ
Ｐ
式中：
分别为 ｄ 轴和 ｇ 轴定子电压 ； Ｒ 为定子相绕组电阻； 、 ￡ 为ｄ 轴和ｇ 轴等效 的电感 ； 为永
满 足未 来 电动 汽车 的驱 动需求 ． 本文基 于永磁 同 步电机 的数 学模 型 以及 约束 条件 ， 介 绍 了永 磁 同步 电机 的 弱磁 控 制 的基 本 原理 以
及控制策略 ， 重点研究了电压闭环反馈法弱磁控制策略的 ３种实现方法 ， 并采用第 １ 种方法 即通过调节 直轴电流的大小来实现弱磁控制系统的设计 ， 最后通过 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ软件中 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 搭建 了永磁 同步 电机 弱磁控制系统 的模型 ， 并进行设计与仿真 ， 仿真波形验证了控制策略的可行性．
第ｌ ６卷第 ３期
２ ０ １ ７年 ９月
淮 阴师范学院学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ ０ Ｆ Ｈ Ｕ Ａ Ｉ Ｙ Ｉ Ｎ Ｔ Ｅ Ａ Ｃ Ｈ Ｅ Ｒ Ｓ Ｃ Ｏ Ｌ Ｌ Ｅ Ｇ Ｅ（ Ｎ Ａ Ｔ Ｕ Ｒ Ａ Ｌ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ｅ Ｄ ￣Ｉ Ｏ Ｎ ）
绕 组采 用 空 间对 称 均 匀并 不 计 空 间各 次谐 波 ； ２ ）假 定 铁 １ 、 ５ 磁 导 率无
穷大 ， 忽略同步电机中的涡流损耗和磁滞损耗 ； ３ ） 假设电机转子上不存在阻尼绕组 ， 永磁体也不具有阻 尼作用 ； ４ ）电机在气隙 中产生的磁动势呈正弦分布． 当永磁同步 电机处于稳态时 ， 在 幽 旋转坐标系中， 同步电机电压方程可表示为 ：
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。
永磁同步电机弱磁扩速
永磁同步电机弱磁扩速
永磁同步电机（PMSM）弱磁扩速是指在保证电压平衡的条件下，通过减小磁通强度，使电机在额定转速以上运行，从而拓宽调速范围。
这一控制方法源于他励直流电动机的调磁控制。
弱磁扩速原理如下：1.当电机的端电压达到最大值后，无法通过调压调速继续提高转速。
此时，只能通过降低电动机的励磁电流，从而降低励磁磁通，实现电机速度的提升。
2.永磁同步电机的励磁磁通由永磁体提供，磁通是恒定不变的。
要降低磁通强度，只能通过增大定子电流的去磁分量来削弱气隙磁通。
3.在dq轴坐标系下，通过给id一个负电流，来削弱永磁体磁链，使得反电动势下降，从而继续提高转速。
4.电压极限环和电流极限环的概念：
电压极限环：电机稳定运行时，电压必须处于一个椭圆环内部。
超过这个环，电机将不稳定。
电流极限环：电机允许运行的最大电流或逆变器所允许的最大运行电流定额。
实现永磁同步电机弱磁扩速的方法：
1.调整逆变器电压和电流，使电机运行在电压极限环和电流极限环之间。
2.通过调节id和iq电流分量，实现在保证电压平衡的条件下提高电机转速。
增大id电流分量，从而实现弱磁扩速。
3.采用弱磁控制算法，如模糊控制、神经网络控制、预测控制等，优化电机控制性能。
总之，永磁同步电机弱磁扩速是通过调整磁通强度，在满足电压和电流限制条件下，提高电机转速，从而拓宽调速范围。
这一技术在新能源汽车、混合动力电动汽车等领域具有广泛应用价值。
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。
永磁同步电机的弱磁控制策略研究
永磁同步电机的弱磁控制策略研究永磁同步电机是一种高性能、高效率的电机，在诸多应用场合得到广泛应用。
然而，在实际运行过程中，电机可能会遭遇各种干扰，影响其稳定性和性能，其中之一就是弱磁现象。
为了解决这个问题，研究人员提出了一种弱磁控制策略，本文将对其进行探讨。
弱磁现象通常是指永磁同步电机在低速和低电流状态下出现的饱和现象。
在这种情况下，磁场强度会变得很弱，导致电机输出扭矩下降、震荡严重等问题。
针对这种情况，研究人员提出了一种基于改进控制器的弱磁控制策略。
首先，研究人员针对永磁同步电机建立了数学模型，并对其进行了分析和研究。
接着，他们提出了一种基于比例-积分-微分（PID）算法的控制器，并对其参数进行了优化和调整，使得该控制器能够稳定控制电机，避免弱磁现象的发生。
具体来说，这种控制策略的优点在于其可以实现对电机磁场和电流的联合控制，有效避免了电机出现弱磁现象的可能。
其控制器能实时监测电机转速和电流等信息，并根据情况调整控制参数，以确保电机在各种工作条件下的高效运行。
此外，该控制策略还具有实现简单、成本低、易于实践等优点。
采用该策略进行永磁同步电机控制，既可提高电机稳定性和性能，又可降低系统成本和维护难度。
总之，永磁同步电机的弱磁控制策略是一种值得研究和应用的新技术。
它能够有效解决弱磁现象所带来的问题，为电机的高效稳定运行提供了保障。
随着该技术的逐步普及和完善，永磁同步电机的应用将会更加广泛，为建设智能化、绿色、可持续的社会作出更大的贡献。
此外，弱磁控制策略还有一些具体的应用。
例如，在风力发电领域，采用永磁同步电机作为发电机时，由于叶片转速低、扭矩小，往往容易出现弱磁现象。
而采用弱磁控制策略，则可以有效地解决这个问题。
另外，在新能源汽车领域，永磁同步电机也得到了广泛应用。
采用弱磁控制策略，不仅可以提高电动汽车的效率和续航里程，还可以提高其稳定性和安全性，有利于保障行车安全。
同时，弱磁控制策略的研究也面临一些挑战。
基于电压闭环反馈的永磁同步电机弱磁调速研究
控制与应用技术 团帽A
基于电压闭环反馈的永磁同步电机弱Βιβλιοθήκη 调速研究＊王杰，谢源，谢涛
（上海电机学院电气学院，上海 201306)
摘要 z 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 i.i.er ，从而有效提高 PMSM 的弱磁扩速。利用 MA:哑..AB/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。
Key words: surface permanent magnet synchronous mo伽（ SPMSM); Dux w＇幅kening control; volt.age closed-loop feedback
0 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 、 航壁航天、 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。这些领域对 PMSM 的控制系统有较高的要求，因此研究
饱和效应的产生，但是增加了成本。文献［ 13-
14 ］将低通滤披器融入电压反馈闭环控制，减小 了转矩脉动，控制效果较好。文献［ 15-21 ］在弱 磁控制系统中附加了谐振控制器，虽然精细了弱 磁控制，但显然没有考虑到谐波污染。
针对逆变器容量限制导致 PMSM 速度受限 和高速弱磁时转矩波动等问题，本文研究并实现 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 i制，从而 有效提高 PMSM 的弱磁扩速。利用 MATLAB/ Simi山1k 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，弱磁时速 度跟踪精度较高。
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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id0 控制、cosφ1 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 the id0 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 PMSM drive 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∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙。