改善永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)弱磁控制性能的方法研究.pdf

1、永磁同步電機(PMSM)以其高功率密度、高效率、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于各種高性能的電機驅(qū)動系統(tǒng)中，如電動汽車、軌道車輛等領(lǐng)域。在這些高性能的應(yīng)用中，不僅要求較寬的弱磁調(diào)速范圍，而且要求較強的弱磁性能，較強的弱磁性能可在逆變器容量一定的情況下提高系統(tǒng)的性能。電機驅(qū)動系統(tǒng)由于受逆變器容量的限制，高速時電機端電壓達到極限時，會引起電機轉(zhuǎn)矩、電流以及轉(zhuǎn)速等性能的下降。采用弱磁控制可使永磁同步電機低速恒轉(zhuǎn)矩運行，高速恒功率運行，并有效改善

2、系統(tǒng)的運行性能。因此，研究永磁同步電機的弱磁控制方法并提高系統(tǒng)弱磁性能有著重要意義。
　　 本文研究的主要目的是實現(xiàn)永磁同步電機弱磁擴速同時，提高永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)弱磁運行的最大轉(zhuǎn)矩輸出能力，并有效改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。為充分利用逆變器的直流側(cè)母線電壓，本文將弱磁運行時的電壓空間矢量調(diào)制(SVPWM)擴展至過調(diào)制區(qū)域，利用過調(diào)制前后輸出的動態(tài)電壓偏差作為反饋量來進行弱磁控制，從而拓寬永磁同步電機的運行區(qū)域，提高逆變器容量受限

3、情況下的電機轉(zhuǎn)矩輸出能力。
　　 首先，介紹了永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型、運行的約束條件以及矢量控制系統(tǒng)。針對提高控制系統(tǒng)恒功率區(qū)域弱磁性能的問題，提出運用過調(diào)制技術(shù)擴展電機運行區(qū)域的必要性。在分析SVPWM原理的基礎(chǔ)上，為提高逆變器母線電壓的利用率，實現(xiàn)逆變器全范圍的電壓輸出，研究了一種動態(tài)過調(diào)制方法，為弱磁控制策略的提出奠定了理論基礎(chǔ)。
　　 接著，闡述了永磁同步電機弱磁控制原理，確定了電機在全速范圍內(nèi)最優(yōu)控制運行的定子

4、電流矢量軌跡。分析了傳統(tǒng)直流側(cè)電壓反饋弱磁方法的控制原理，針對傳統(tǒng)控制方法中逆變器直流母線電壓未完全被利用的不足之處，提出了一種基于過調(diào)制區(qū)域電壓偏差反饋的弱磁控制策略。具體思路是以SVPWM過調(diào)制前后輸出的動態(tài)電壓偏差為目標(biāo)函數(shù)，利用梯度下降法原理，建立電壓偏差與d，q軸電流的數(shù)學(xué)模型對弱磁運行的d，q軸參考電流進行優(yōu)化?？刂撇呗跃唧w實現(xiàn)是通過用電流調(diào)節(jié)器輸出的參考電壓與過調(diào)制后輸出的極限電壓兩者的動態(tài)電壓差值來修正定子電流矢量相位角

5、，從而重新分配電機弱磁運行的d，q軸參考電流分量的大小，最終實現(xiàn)弱磁擴速。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合永磁電機矢量控制系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)學(xué)模型，詳細分析了電壓偏差反饋弱磁控制方案在提升電機電磁轉(zhuǎn)矩輸出能力的同時，不需要增加額外的電流調(diào)節(jié)器抗飽和環(huán)節(jié)，又能有效地避免電流調(diào)節(jié)器的積分飽和，改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。
　　 最后，建立了控制系統(tǒng)的仿真模型并進行仿真分析，同時構(gòu)建了電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的軟硬件控制平臺對控制策略進行了實驗驗證。仿真和實驗證明，本