永磁同步电机弱磁控制策略研究

永磁同步电机弱磁控制策略研究
摘要在飞速发展的生产力水平下，各类科学技术在不断发展更新。

在实体制造业上，对于永磁同步电机的需求越来越广泛，继而推动着对它的深入研究，其中控制策略以及方法的研究仍是重中之重，弱磁控制便是其中的一个方面。

本文即是对弱磁控制策略加以理论研究。

关键词永磁同步电机；反馈；弱磁控制
引言
20世纪中后期，钕铁硼等其他性能更高的永磁材料问世，以及电力半导体器件的更新，微处理器技术的优化提升，各国学者及技术人员对永磁同步电机的研究热情愈发强烈，使之应用领域愈发的宽广。

然而，当电机运行时，其转速在逐步上升的同时，永磁同步电机本身的反电动势也会随着转速的增加而增加，继而会突破逆变器的最大限额值，这时候，如果转速进一步加大，永磁同步电机里的定子电流则会出现反方向流动，这种情况是不被允许的。

因此则需要采用弱磁控制算法，通过减弱电机的磁场，来达到永磁同步电机的正常运作。

1 弱磁控制研究现状
九十年代中后期，随着弱磁控制理论技术的愈发完善，在永磁同步电机的应用发展研究上，人们研究的方向主要集中在两个方面：一是应用现代科技构造出全新的控制理念以及全新控制算法策略，二是对已存在的控制算法理念进行技术改进[1]。

1.1 本身结构设计
在永磁同步电机内部，对于是永磁体的电机转子，其结构多样化，复杂化。

产生的磁路结构相对比较特殊，这大大削弱了弱磁控制的性能。

因此，学者们便以永磁同步电机的内的磁路
为研究出发点，来系统改进优化电机的本体设计。

如在永磁同步电机的定子的外壳以及铁芯上安装一个特殊的循环水道，这样的目的是提高电机的散热速率，进提高永磁同步电机的弱磁调速范围。

1.2 电机控制策略方面
主要从两个方向进行深入研究：一个是经典弱磁控制策略，另一个则是智能控制策略。

其中经典的控制策略由以下几个主要策略构成，分别是弱磁控制策略（混合型），前馈式控制策略（开环），以及反馈式控制策略（闭环）。

智能控制策略则包括神经网络控制策略、滑模控制策略、模糊控制策略以及遗传控制策略等。

2 弱磁控制原理
永磁同步电机运行时，在负载转矩为恒定不变值的时候，在永磁同步电机的转速不断增加时，电压极限椭圆不断减小，向中心点不断回缩。

这样就会使原本在椭圆内部的电机运行点慢慢往椭圆边缘移动，最终脱离在椭圆外部。

在实际运行系统下是不被允许的，并且完全背离理论的。

因此通过对永磁同步电机的定子电流的直轴分量的减小，来使永磁同步电机的运行点能再进入电压极限椭圆内部来，从而保障电机正常运行，达到弱磁升速的控制策略[2]。

3 传统弱磁控制策略
在弱磁控制中大多数都是基于最大转矩电流比控制以及磁场定向控制两种控制策略来研究的。

一般弱磁控制的方法分为四种，分别是：公式计算法、梯度下降法、负直轴电流补偿法以及单电流调节器法。

（1）公式计算法：弱磁电流的给定是在弱磁区使用最大转矩电流比控制算法公式得到的。

优点是简单，动态性能好。

缺点则是电机参数会随着外部环境的影响出现较大的变化，电机运行点难以准确选择，大大影响着性能。

（2）梯度下降法：对给定的电流进行实时修正，保证永磁同步电机能时刻运行在电压椭圆
极限内部。

优点是动态响应完美，并具有相当好的鲁棒性。

缺点是需要较高的控制器，并且计算复杂。

（3）负直轴电流补偿法：与公式计算法一样，使用最大转矩电流比控制算法。

优点是电机参数的变化不会干扰到弱磁电流的给定，从而有着较好的鲁棒性。

缺点是转速很大时，控制不稳定，在深度弱磁条件下不能完美运行。

继而影响着其运行范围。

（4）单电流调节器法：电机q轴的电压直接给定，电机d轴的电压则是由d轴电流调节器得到的定交轴电压单电流调节器法。

优点是简单易行，动态性能好，较好的鲁棒性。

缺点是固定的q轴电压影响电机的负载能力以及效率[3]。

4 基于模糊PI反馈控制的永磁同步电机弱磁控制策略的研究
智能控制算法策略中的模糊控制算法是非线性控制算法，在滞后系统中应用十分广泛。

在实际应用中结合了各国学者所研究的策略算法规则，从而设计出一种模糊PI反馈控制的策略。

相比传统算法有着更加优越的稳定性，良好的鲁棒性，动态性能好，不易受到外部环境的影响，大大提高了永磁同步电机的使用率。

设计方案大体由三个部分组成：一是全速域电流分配环节，二是基于模糊PI的电压反馈环节，三是电机运行区域切换环节。

在全速域电流分配环节对传统的公式进行简化处理，大大节省了工作量，在模糊PI的电压反馈环节上对d轴电流通过补偿来减小在电机在实际运行的中电机参数对电机运行性能的影响，在电机运行区域切换环节上对电机运行区域进行切换处理，在转速条件下使弱磁算法与最大转矩电流比控制能够在加权函数下进行切换，大大提高了电机运行的广度和深度[4]。

5 结束语
现今，各国学者在永磁同步电机的研究上注入大量的心血，不同的控制策略控制算法，以及不同电机结构材料对于永磁同步电机的性能有着显而易见的影响。

现在的研究对于永磁同步
电机本身来说仍是相对初期阶段，未来的研究仍是任重而道远。

当然，由于其运用范围越来越宽泛，必将引领各国学者对其更加深入细致的研究。

参考文献
[1] 康劲松，蒋飞，钟再敏，等.电动汽车用永磁同步电机弱磁控制策略综述[J].电源学报，2017，5（1）：15-22.
[2] 刘军锋.感应电动机在弱磁区的高性能电流控制策略[J].电工技术报，2010，25（7）：61-66.
[3] Miyajima T，Fujimoto H，Fujitsuna M. A precise model based design of voltage phase controller for IPMSM[J]. IEEE Transactions on Power Electronics，2013，28（12）：5655-5664.
[4] 尚喆.永磁同步電动机磁场定向控制的研究[D].杭州：浙江大学，2007.
感谢您的阅读！。