电动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。
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。
永磁同步电机弱磁控制0扭矩的原因-概述说明以及解释
永磁同步电机弱磁控制0扭矩的原因-概述说明以及解释1.引言1.1 概述永磁同步电机作为一种高效、节能的电机类型，广泛应用于电动汽车、工业生产等领域。
弱磁控制作为一种控制策略，在提高电机效率和降低能耗方面具有重要作用。
然而，在弱磁控制下，永磁同步电机可能出现零扭矩的情况，这将影响电机的性能和工作稳定性。
因此，本文将探讨弱磁控制下永磁同步电机出现零扭矩的原因，并提出解决方案，为优化永磁同步电机的控制效果提供参考。
写文章1.1 概述部分的内容1.2 文章结构文章结构部分是关于整篇文章内容的组织和安排的说明。
在这篇文章中，主要分为引言、正文和结论三个部分。
具体来说，引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节，通过引言部分引领读者对文章主题有一个整体的认识和准备。
正文部分主要包括永磁同步电机的基本原理、弱磁控制的概念和应用、以及弱磁控制下出现零扭矩的可能原因三个小节，通过详细介绍这些内容来帮助读者深入了解永磁同步电机弱磁控制0扭矩的原因。
结论部分则包括总结弱磁控制对永磁同步电机的影响、对零扭矩问题的解决建议，以及展望未来永磁同步电机的发展方向三个小节，通过对文章内容进行总结和展望，让读者对这一主题有一个更加深入和全面的理解。
整个文章结构清晰明了，让读者能够系统性地了解和学习关于永磁同步电机弱磁控制0扭矩的问题。
1.3 目的本文旨在探讨永磁同步电机弱磁控制下出现零扭矩的原因。
通过对永磁同步电机的基本原理和弱磁控制的概念进行分析，深入探讨在弱磁控制模式下零扭矩问题可能出现的原因，为进一步研究和解决这一问题提供理论支持。
同时，本文还致力于总结弱磁控制对永磁同步电机性能的影响，并提出解决零扭矩问题的建议，为永磁同步电机的应用和发展提供参考和指导。
最终，本文旨在展望未来永磁同步电机的发展方向，推动其在各种应用领域中的广泛应用和进步。
2.正文2.1 永磁同步电机的基本原理永磁同步电机是一种通过永磁体产生磁场，并利用定子绕组和转子磁场之间的相互作用产生转矩的电机。
电动汽车用永磁同步电机的超前角弱磁控制
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｏｎｇｙａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｏｎｇｙａｎ ３６４０１２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｗｏｌｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１２３００，Ｃｈｉｎａ）
第 ３８卷第 ２期 ２０１６年 ６月
南昌大学学报 （工科版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｅｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、
文 章 编 号 ：１００６—０４５６（２０１６）０２—０１９６—０４
Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．２ ］ｕｎ．２０１６
电动 汽 车用 永磁 同步 电机 的超 前 角 弱磁 控 制
Ｋｅｙ Ｗ ｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ；ＰＭＳＭ ；ｌｅａｄｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｆｌｕｘ—ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ
永 磁 同步 电 动机 （ＰＭＳＭ ）具 有交 流 电动 机 的 无 电刷 结构 、不需 要励 磁绕 组 ，体积较 小 等结构 上 的 优点 ，也 具有 直流 电动机 的调速 性能 好 的优 点 ，且运 行可靠 ，控制效率高 ，因此电动汽车用永磁 同步电机 作 为驱 动 电机 已经得 到广 泛 的应用 。永 磁 同步 电机 的控制 可分 为基 速 以下 的恒转 矩控 制 和基速 以上 的 恒 功率 控制 。基 速 以下 的恒 转 矩 控 制 ，需 要 满 足 电 动 汽车 快速 起 动 、加 速 、负 荷爬 坡 等 要 求 ；基 速 以上 恒 功率 控 制 ，需 要 满足 电动 汽车 高速行 驶 、超 车 等要 求 ，并 能获 得较 宽 的调 速范 围 。
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。
电动汽车永磁同步电机最优弱磁控制策略
电动汽车永磁同步电机最优弱磁控制策略林程;邢济垒;黄卓然;程兴群【摘要】本文中提出了一种适用于电动车辆的以转矩为控制目标的弱磁控制策略,通过离线计算获得电机最大转矩特性曲线和策略切换转矩特性曲线,并以此为基础在电机d-q轴坐标系下根据反馈转速和目标转矩不断更新电机弱磁工作点,使其在以最大转矩电流比曲线、电流极限圆和最大转矩电压比曲线为边界的区域内移动,从而在复杂的运行工况下提高了电机转矩响应速度和运行效率.通过Matlab/Simulink仿真验证了整个控制策略的可行性和性能优势.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2018(040)011【总页数】9页(P1346-1353,1363)【关键词】电动汽车;永磁同步电机;最优弱磁控制;转矩控制【作者】林程;邢济垒;黄卓然;程兴群【作者单位】北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081【正文语种】中文前言以电动机作为单独或部分动力源的各类新能源汽车凭借其节能环保高效的优越性在世界范围内受到了广泛的关注[1-3]。
其中，受益于稀土永磁材料技术的快速发展，具有高功率密度、高可靠性和宽调速范围的凸极式永磁同步电机(又称内永磁同步电机， interior permanent magnet synchronous motor，IPMSM)已逐渐取代交流异步电机成为车用电机的主流[4]。
目前最易实现的IPMSM控制策略是将电机定子电流的直轴分量控制为0[5]，使电机输出转矩与交轴电流成正比，从而获得以转矩为控制目标的控制方法。
然而上述方法没有利用IPMSM潜在的磁阻转矩，在电机逆变器容量有限的条件下电机的高速性能会受到极大的影响。
为有效拓展IPMSM的转速范围，国内外学者提出了一系列基于电流矢量控制(current vector control，CVC)又称面向磁场控制(field-oriented control，FOC)的PMSM弱磁控制策略，包括超前角弱磁控制、负直轴电流补偿法、梯度下降法、最大输出功率控制等。
一种用于电动汽车的永磁同步电机直接转矩控制的简化方法
2009年1月电工技术学报Vol.24 No. 1 第24卷第1期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jan. 2009一种用于电动汽车的永磁同步电机直接转矩控制的简化方法韩建群1, 2郑萍2（1. 渤海大学信息科学与工程学院锦州 1210132. 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨 150001）摘要针对电动汽车的永磁同步电机直接转矩控制问题，研究了相关的电机运行过程。
由于传统同步电机发电制动的过程具有减小转矩的特点，这是直接转矩控制的一个重要部分，因此，在分析一般直接转矩控制原理基础上，提出了一种适用于电动汽车的将直接转矩控制与传统发电制动相结合的方法，从而简化了永磁电机直接转矩控制过程，数学分析和仿真的结果说明该方法是有效的。
关键词：永磁同步电机直接转矩控制发电制动电动汽车中图分类号：TM351A Simplified Direct Torque Control Method of PMSMApplied in Electric VehiclesHan Jianqun1,2 Zheng Ping2（1.Bohai University Jinzhou 121013 China2. Harbin Institute of Technology Harbin 150001 China）Abstract On the issue of direct torque control of permanent magnet synchronous machine (PMSM) applied in electric vehicles, the related process of motor running is analyzed. Since the traditional synchronous machine has the characteristic that the torque can be reduced in the process of dynamic braking, which is an important part of direct torque control, a kind of method is presented through analysis. The method suitable for electric vehicles combines conventional dynamic braking with the PMSM direct torque control. Therefore, the direct torque control process of PM synchronous machine is simplified. The mathematic analysis and simulation result show this method is effective.Keywords：PM synchronous machine, direct torque control, dynamic braking, electric vehicles1引言同步电动机特别是永磁同步电动机（PMSM）有许多优点：体积小，效率高，功率密度大，转子结构更为简化，稳定性更好，在高性能、转矩响应快速性的场合具有很好的应用前景[1]，所以在电动汽车中采用永磁同步电动机驱动成为发展趋势[2-5]。
电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制系统设计
旋转坐标 ３ ｄ ｑ ／ — 变化 葛低速均宥影响 较宽 担负大量工作，系统曩杂
ＢＰ Ｓ 设计
度动态响应快 、 需要 的传感器较少等优点 。 直接转矩控制 （Ｔ ） Ｄ Ｃ
的基本思想是维持定子磁链幅值不变 ， 通过调整其旋转速度进行
转矩角的 调整 以控制转矩与矢量控制系统相 比， 系统转矩响应 陕， 鲁棒 陛好 ， 随着技术在感应 电机上的成功应用 ， 将其引入到永磁 同步牵引电动机系统将进一步提高 电动汽车的动力性和可靠性 ，
Ｃ ｎｏ Ｄ Ｃ Ｓ ｓ ｍ ｏ ｔ ｌ Ｔ ） ｙｔ ｒ（ ｅ
Ｓ ＩＹ０ ｇ ＸＵ ｕ －ｈ ｎ ， Ｈ ｎ， Ｈ ａ ｚ ｏ ｇ ＲＵＡＮ Ｈｕ， ＵＡＮＧ ｉｍ ｉ Ｈ Ｈｕ － ｎ
（ ｐｒ ｎ ｏ Ａｕｏ ｔ ｎ Ｗｕ ａ ｌ ｅｓ ｏ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｈ ｎ４ ０ ７ ， ｉａ Ｄｅ ａｔ ｔ ｆ ｔｍａｉ ， ｈ ｎＵｌＶ ｒ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｗｕ ａ ３ ０ ０ Ｃｈｎ ） ｍｅ ｏ ｉ
（ 武汉理工大学 自 动化学 院， 湖北 武汉 ４０７ ） ３００
摘
要： 本设 计 是 基 十 Ｉ Ｐ的 电动 汽 车 ｊ 永 磁 同 步 电 机 直接 转 矩 控 制 系统 。文 章 闸 述 电机 数 宁控 制 系统 的技 术 方案 ，硬 件 成 及 ） Ｓ ｝ ｊ 实现 ， 并 没订‘ 分 硬 什 电 路 。 了部
ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉｃ ｓ ｅ ．
Ｋｅ ｒ ｓＤＳ ； ｅ ｍａ ｅ ｔ ａ ｎ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｏｏ （ Ｍ Ｓ ） Ｄ ｒ ｃ Ｔ ｒ ｕ ｏ ｔ ｌ Ｔ ｙ ｗｏ ｄ ： Ｐ Ｐ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｎ ｈｏ ｏ ｓ Ｍ Ｓ Ｍ ｔｒＰ Ｍ ； ｉ ｔ ｏ ｑ ｅ Ｃ ｎｒ （ Ｃ） ｅ ｏ Ｄ
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。
一种基于转矩角的永磁同步电机直接转矩控制
一种基于转矩角的永磁同步电机直接转矩控制邱鑫;黄文新;杨建飞;卜飞飞【摘要】针对电动汽车用永磁同步电机,提出一种基于转矩角的直接转矩控制策略,并研究了其中磁链与转矩角的限幅要求.所述方法以电机转矩角控制为出发点,利用转矩闭环调节直接得到所发电压矢量幅值,根据定子磁链闭环调节并结合转矩角前馈调整所发电压矢量角度,并通过空间矢量调制得到驱动信号,同时对转矩角实时观测和限制,以保证电机稳定运行.该方法不仅具有对电感参数变化不敏感和鲁棒性较强的优点,而且控制结构简单.实验结果表明该方法有效、可行.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2013(028)003【总页数】7页(P56-62)【关键词】直接转矩控制;转矩角;永磁同步电机;空间矢量调制;电动汽车【作者】邱鑫;黄文新;杨建飞;卜飞飞【作者单位】南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京 210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京 210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TM301.21 引言为了缓解传统内燃机汽车等交通工具对化石能源的消耗，以及造成的环境污染，我国正大力推广和发展电动车[1]，以促进“节能减排”。
永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）由于具有较高的功率密度和效率，在电动车辆，特别是受电池容量限制的中小型电动汽车中得到广泛应用[2-4]。
永磁同步电机根据转子结构的不同可分为隐极式和凸极式两种，后者由于磁路的特点和磁阻转矩的存在，相比前者具有更佳的弱磁能力及更高的转矩电流比[5]，因而更适用于电动车驱动。
但是凸极式永磁同步电机由于等效气隙较小，交直轴电感参数随负载电流变化显著[6]，对控制算法要求较高。
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；。
车用永磁同步电机弱磁区能量回收最优控制
2021年4月第28卷第4期控制工程Control Engineering of ChinaApr.2021Vol.28,No.4文章编号：1671-7848(2021)04-0808-07DOI: 10.14107/ki.kzgc.20190273车用永磁同步电机弱磁区能量回收最优控制方桂花、王鹤川 曾标2,高旭1(1.内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头014010; 2.河钢邯钢连铸连轧厂，河北邯郸056001) B摘要：以电机发电损耗最小为控制目标，设计了一种永磁同步电机弱磁区发电控制策略，建立了轴电流与电磁转矩、电压极限、电流极限之间的非线性规划模型。
根据电机电压极限约束随电机电角速度变化的特性，设计的控制策略减少了非线性规划求解中约束方程的个数，同时扩宽了车用永磁同步电机的发电转速范围。
在M A T L A B/Simulink软件中，搭建了控制策略模型以及永磁同步电机仿真模型。
仿真结果表明，所设计的控制策略在保证电磁转矩稳定输出的同时，永磁同步电机平均发电效率为86.34%，处于高效的能量回收状态。
关键词：永磁同步电机；制动能量回收；弱磁发电控制；最优控制中图分类号：U469; T M313 文献标识码：AOptimal Control of Energy Recovery in Weak Magnetic Domain of VehiclePermanent Magnet Synchronous GeneratorF A NG G u i-h u a\ W A N GH e-c h u a n\Z E N G Bia o1,G A O X u x(1.School of Mechanical Engineering,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou014010, China;2.HBISHandan Iron and Steel Continuous Casting and Rolling Plant,Handan056001, China)Abstract：A control strategy for generating pow e r in the w e a k magnetic domain of permanent magnet synchronous generator is designed.T h e objective of the control is to minimize the p o w e r loss of the motor.A non-linear programming model a m o n g the d-q axis currents,electromagnetic torque,voltage limit and current limit is established.According to the characteristics of the motor voltage limit constraint changing with the electrical angular velocity of the motor,the designed control strategy reduces the n u m b e r of constraint equations in the nonlinear programming solution,and at the sa m e time expands the range of the generator speed of the permanent magnet synchronous motor for vehicles.T h e control strategy model and the simulation model of the permanent magnet synchronous motor are built in M A T L A B/S i m u l i n k software.T h e simulation results s h o w that the designed control strategy guarantees the stable output of the electromagnetic torque,and the average pow e r generation efficiency of the permanent magnet synchronous motor is86.34%, which is in a state of efficient energy recovery.Key words: Permanent magnet synchronous generator;brake energy recovery;w e a k magnetic pow e r generation control;optimal controli引言对于提高电动汽车行驶里程、降低尾气排放等 问题，对电动汽车进行制动能量回收是较为有效的 解决方法[1]。
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。
电动汽车用永磁同步电机超前角弱磁控制
速的上升必须依赖增加反向电流 i d 并使电流环退 出饱和. 从这个角度来看, 完全可以考虑从电机端电
压对变频器所能输出最大电压的利用率对超前角进
行控制. 令
M=
3
u2d + u2q u dc
( 6)
式中 M 为电机端 电压对直流母 线电压的利 用率,
udc 为直流母线电压
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湖南大学学报( 自然科学版)
1 数学模型
结合 IPMSM 在 dq 轴参考坐标系下的动态电压方
程, d, q 轴电压方程可描述为:
ud
Rs + pL d - w eL q
=
uq
weL d Rs + pL q
id +
iq
0
f we
( 1)
1
当电机稳定运行于某一状态时, 式( 1) 可转化为:
ud
R s - w eL q
=
uq
w eL d
系统在额定转速以下采用最大转矩/ 电流控制, 额定转速以上采用超前角弱磁控制. 图 4 为永磁同 步电机从 0 r/ m in 上升到 6 000 r/ m in 的带载起动 转速波形. 额定转速以下, 转速曲线为一直线, 额定 转速以上响应速度有所放慢, 但整个系统的动态响
表 1 电机参数 Tab. 1 Paramaters of IPMSM
统的动态响应能力以防止负载转矩突变给系统带来
的不稳定因素. 转速外环主要是进行转速的高精度 控制以适应不同场合对系统不同转速的要求. 电压
外环主要是电机转速超过额定转速或系统对变频器
直流线电压的利用率达到最大值时, 弱磁环将会输 出一个负的超前角度值, 使定子电流直轴电流 I d 超 负方向增加, 交轴电流 I q 减少, 从而使永磁同步电 机稳定运行在额定转速以上的弱磁区.
电动汽车用永磁同步电机的超前角弱磁控制
电动汽车用永磁同步电机的超前角弱磁控制马桂芳;张卡飞;陈阳【摘要】针对电动汽车用内置式永磁同步电机系统,采用超前角弱磁控制的方法来控制永磁同步电机.首先给出了永磁同步电机的数学模型,然后阐述了超前角弱磁原理,并详细给出了基于矢量控制的超前角弱磁控制方案.最后仿真和实验结果表明,转速稳定上升,运行平稳,弱磁算法有效.【期刊名称】《南昌大学学报（工科版）》【年(卷),期】2016(038)002【总页数】4页(P196-199)【关键词】电动汽车;永磁同步电机;超前角弱磁控制【作者】马桂芳;张卡飞;陈阳【作者单位】龙岩学院机电工程学院,福建龙岩364012;卧龙电气集团股份有限公司,浙江杭州312300;龙岩学院机电工程学院,福建龙岩364012【正文语种】中文【中图分类】TM306永磁同步电动机 (PMSM )具有交流电动机的无电刷结构、不需要励磁绕组，体积较小等结构上的优点，也具有直流电动机的调速性能好的优点，且运行可靠，控制效率高，因此电动汽车用永磁同步电机作为驱动电机已经得到广泛的应用。
永磁同步电机的控制可分为基速以下的恒转矩控制和基速以上的恒功率控制。
基速以下的恒转矩控制，需要满足电动汽车快速起动、加速、负荷爬坡等要求；基速以上恒功率控制，需要满足电动汽车高速行驶、超车等要求，并能获得较宽的调速范围。
为了使永磁同步电机在高速时输出恒定功率，可以通过弱磁来实现。
因为永磁同步电机通过永磁体来产生磁场，不能像他励直流电动机通过调节励磁电流来调节磁场，可以通过调节其定子电流也就是调节定子直轴去磁分量来维持其电压的平衡，达到弱磁的目的[1-4]。
本文对永磁同步电机数学模型进行了分析，提出了基于矢量控制的超前角弱磁控制方案，并进行了仿真和实验验证，验证其有效性。
为了实现永磁同步电机数学模型的解耦，可以利用坐标变换理论对其定子三相静止坐标轴系的方程进行线性变换。
两相旋转坐标系de-qe与定子三相静止坐标系as、bs、cs以及两相静止坐标系ds-qs之间的关系如图1所示，图中ωe是转子旋转角速度(电角度表示)，对PMSM来说，也就是转子磁场的旋转角速度。
永磁电机控制弱磁原理
永磁电机控制弱磁原理
永磁电机控制弱磁原理是指通过控制电机的电流和电压，使得永磁电机的磁场变得较弱，从而控制电机的转速和扭矩输出。
永磁电机的弱磁控制原理主要是通过减小电机的电流或者改变电机的励磁电压来减小磁场强度。
电机的运行状态可以由磁链方程描述，即转矩方程和电动势方程。
在弱磁控制情况下，电机的磁场较弱，导致电机的励磁电流和磁链减小，进而降低电机的转矩和输出功率。
通过调节电机的电流和电压，可以控制永磁电机的磁场强度。
当电机的电流或电压较小时，磁场强度也相应减小，从而使得电机的转矩和输出功率下降。
因此，在控制永磁电机的弱磁状态下，可以实现电机转速和扭矩的调节，满足不同的工作要求。
永磁电机控制弱磁原理的应用非常广泛。
在一些需要精确控制转速和扭矩的应用中，如机床、风力发电和电动车等，弱磁控制能够提供更高的控制精度和效率。
此外，通过控制弱磁还可以减小电机的噪音和振动，提高电机的稳定性和寿命。
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综述永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种高效、高功率密度、高控制精度的电机，逐渐成为工业应用中的主流。
然而，受到磁场偏移等因素的影响，PMSM可能会出现弱磁现象，导致性能下降。
因此，研究弱磁控制方法成为提高PMSM性能的重要方向。
本文将对目前研究中常见的几种弱磁控制方法进行综述。
首先，基于模型的弱磁控制方法是实现PMSM弱磁控制的一种常见手段。
这类方法通常通过建立PMSM的数学模型，并通过控制器对电流、转矩等进行调节，实现对电机的控制。
例如，采用自抗扰控制器（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）的弱磁控制方法通过对磁场偏移的估计，实时调整电流控制器，从而实现对PMSM的控制；基于滑模变结构控制的弱磁控制方法通过引入滑模面和控制函数，实现对电机转矩的精确控制。
其次，基于感应电磁势观测的弱磁控制方法是另一种常见的弱磁控制手段。
该方法通过感应电磁势的观测实现对磁场偏移的补偿控制。
例如，采用扩展状态观测器（Extended State Observer，ESO）的弱磁控制方法，通过对感应电磁势的估计，实时进行磁场偏移的补偿。
此外，还有一些基于逆运动学的弱磁控制方法。
这类方法通过逆运动学模型的建立，实现对弱磁状况下电机的控制。
例如，基于逆运动学模型的弱磁控制方法通过对电机位置和速度的估计，快速响应磁场偏移，实现对电机转矩的控制；采用模型参考自适应控制器（Model Reference Adaptive Control，MRAC）的弱磁控制方法通过对逆运动学模型参数的自适应学习，实现对电机的精确控制。
最后，基于自适应神经网络的弱磁控制方法是近年来的研究热点之一、这类方法通过神经网络对电机的非线性特性进行建模，实现对电机转矩、电流等的控制。
例如，采用放大单层神经网络（Adaptive Radial Basis Function Neural Network，ARBNN）的弱磁控制方法，通过对电机非线性特性的建模和学习，实现对电机转矩的控制。
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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。
较强的弱磁性能能够在逆变器容量不变的情况下提高电动汽车的起动、加速能力及低速爬坡能力;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。
因此对电动汽车驱动用永磁同步电动机进行弱磁控制,并且拓宽弱磁范围有着重要的意义。
另外对永磁同步电动机进行弱磁控制可以拓宽电动汽车的运行范围,满足电动汽车高速运行的要求。
因为永磁同步电机的转子励磁磁场由永磁体产生,不能像异步电机一样直接减弱转子磁场,所以弱磁控制便成了永磁同步电机的研究热点。
其弱磁控制原理是通过增加定子直轴电流利用直轴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。
针对这一国家自然科学基金项目(50077018),国家教育部博士学科点专项科研基金项目(20020613010)基本思想,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[1]提出6步电压法通过改变电机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,Thom s M.J[2]提出了前馈弱磁方案。
J.M.Kim[3]提出了电流解耦控制和给定电压补偿的方法改善电机弱磁运行性能。
现有弱磁控制方法大都在矢量控制中实现。
由于永磁同步电机直接转矩控制的研究尚处于初步阶段,所以关于其弱磁控制的研究就更少有报道,只有M. F.Rahm an在文献[4]中初步实现埋入式永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。
田淳在文献[5]中实现了表面式永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制。
目前永磁同步电机的弱磁控制无论是矢量控制系统还是直接转矩控制系统均没有考虑电机的电枢反应对参数的影响,以及由此造成的对弱磁性能的影响。
当电机处于弱磁工况时,电枢反应加大,此时电枢反应对电机参数的影响相比于恒转矩区更大。
为了提高系统控制精度,有必要考虑电枢反应引起的电机参数的变化对电机弱磁性能的影响。
本文在实现永磁同步电机直接转矩弱磁控制的基础上考虑了电枢反应造成的转子磁链、交直轴电感的变化以及其对弱磁性能的影响,并对两者的结果进行了对比。
2 弱磁控制在dq旋转坐标系下,永磁同步电机的基本方程为d=L d0i d+ f(1)q=L q0i q(2)s= 2d+ 2q(3) u s= s= (L d0i d+ f)2+(L q0i q)2(4)T=32n p i q[ f0+(L d0-L q0)i d](5)式中:i d,i q, d, q分别为定子电流、磁链在d,q轴的分量; = r n p, r为转子角速度;T为电磁转矩;n p为电机极对数;L d0,L q0, f0分别为不考虑电枢反应时直轴电感、交轴电感和转子磁链值。
当电机运行于较高转速,电阻值远小于电抗值,电阻的电压降可忽略不计[6]。
因此式(4)忽略了电枢绕组电阻对整个电压降的影响。
文中所使用的永磁同步电机基本参数为:u smax=220V, I smax=1.5A,n p=2,L d0=0.35H,L q0=0.5H, f0=0.401Wb。
在实际控制系统中,电机是由功率半导体器件组成的逆变器驱动的,定子电流和端电压必定受到限制,其约束条件为i s≤I smax(6)u s≤u smax(7)式中:I smax,u smax分别为电枢电流和端电压允许的最大值。
从式(4)和式(7)可见,电机不可能无限制的升速,当电机转速达到 r1时,即n p r1 s=u smax,如果要求转速继续升高,必须减弱定子磁场。
图1为永磁电机运行过程中转矩、端电压和电机功率的变化特性图。
图1 永磁同步电机弱磁控制特性 在直接转矩控制过程中必须保证 < m(其中 定义为负载角, m为最大负载角),原因在于直接转矩控制的基本原则是通过增大负载角来增大输出转矩,当负载角 > m时开关表所提供的电压空间矢量不能足够增大负载角,从而导致输出转矩下降,最终引起系统失控和崩溃。
最大负载角的表达式为[4]m=co s-1[/ s-( / s)2+84](8)其中 =( f L q)/(L q-L d)2.1 各控制轨迹为了充分利用定子电流,在恒转矩区采用M TPF控制[7],其在 s-T和 s- 平面上的轨迹分别如图2,图3所示。
在弱磁区u s=u smax,根据式(4)可知,对于每一转速均对应一个确定的磁链,该磁链值即为直接转矩控制系统中磁链比较环节的定子磁链给定值。
根据式(1)～式(3)及式(5)可得电流限定轨迹,如图2所示,此时电机的最高转速仅与定子磁链的幅值有关,在 s-T平面上电压限定轨迹为垂直于定子磁链轴 s的竖直线。
从图3中可见,在基速以下运行采用M T PF控制时,< m 条件始终满足。
随着弱磁的进行,定子磁链的减小使负载角增大,但最大负载角却在减小,可求出临界点A 点所对应的值 s =0.413Wb, =100.02°。
综合图2、图3可以得到弱磁运行时转矩和转速的关系,如图4所示。
图2 s -T平面控制轨迹图图3 s -平面控制轨迹图图4 转速转矩关系图2.2 弱磁控制的实现图5 永磁同步电机直接转矩控制弱磁控制系统框图永磁同步电机直接转矩控制的弱磁控制系统框图如图5所示。
在恒转矩工作区,转速PI 调节得到转矩给定值,查表得到M T PF 控制所需定子磁链给定值。
在弱磁工作区,定子磁链幅值随着转速升高而减小。
一定转矩输出时,如果电机磁链幅值减小,定子电流势必要增大,当定子磁链在电流限定轨迹上变化时,减小磁链,就要相应减小转矩给定,否则,定子电流将超过最大电流限定值。
因此,电机弱磁运行时,随着转速的变化需要将电机输出转矩限定在相应的转矩范围内,同时考虑最大负载角的限制,转速转矩对应关系如图4所示。
控制系统将转速和转矩限定值两者的对应关系即图4的对应关系存入表中,根据当前的转速查找转矩限定值来动态改变转矩给定值,实现永磁同步电机的弱磁运行。
永磁同步电机的弱磁是通过负向的直轴电流达到弱磁目的的,因此,控制过程中需要考虑永磁体的最大去磁电流,如果去磁电流大于最大去磁电流,永磁体将被退磁,电机不能正常运行,因此需要对直轴电流进行限定,使之不超过最大去磁电流。
3 电枢反应对永磁同步电机弱磁控制的影响 异步电机的弱磁控制是通过直接减弱磁场实现的。
由于永磁同步电机的转子磁场是由永磁体建立的,不能直接减弱,只能通过增加定子直轴电流利用直轴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。
即弱磁运行时转速越高,对应的直轴电流越大,即电枢反应越严重。
受电枢反应直接影响,电机的3个参数为永磁磁链 f ,直轴电感L d ,交轴电感L q 。
为了提高系统的控制性能,必须考虑电枢反应对于电机参数的影响。
根据实验可得电机在考虑电枢反应时永磁磁链,交直轴电感的表达式[8]为L d =L d 0-0.1i d i d <0(9)L q =L q 0-0.14i q i q ≤1.0(10) f = f0(11)f = f0-0.5(i q -1.0) i q >1.0(12)将以上参数代入式(1)～式(5)和式(8)可得考虑电枢反应的T - s 和 - s 平面控制轨迹和转矩与转速对应关系图,分别如图6～图8所示。