本文關(guān)鍵詞：永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)弱磁控制策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

中南大學(xué)

碩士學(xué)位論文

永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)弱磁控制策略研究

姓名：丁強

申請學(xué)位級別：碩士

專業(yè)：控制科學(xué)與工程

指導(dǎo)教師：唐朝暉

20100518

摘要

由于城鎮(zhèn)化發(fā)展，城市交通日益擁擠，汽車交通造成大量環(huán)境污染。地鐵、城市輕軌以及電動汽車近年來發(fā)展迅速，車輛電驅(qū)動技術(shù)也因而越來越引起人們關(guān)注。其中永磁同步電動機以其體積小、重量輕、效率高、功率密度大、低速輸出轉(zhuǎn)矩大、維護簡單等優(yōu)點，逐漸成為城軌交通電機驅(qū)動系統(tǒng)的主流。由于永磁同步電機的激磁磁場不可調(diào)節(jié)，對其在有恒功率、寬調(diào)速范圍運行要求的車輛電驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)，引起了研究者的高度重視。

論文研究永磁同步電機的弱磁控制策略，提出了一種修正電流設(shè)定值的控制方法。該方法由兩部分組成：弱磁區(qū)域的確定和設(shè)定電流修正值的計算。電機運行所在的弱磁區(qū)域由恒轉(zhuǎn)矩曲線方向和電流調(diào)節(jié)器輸出電壓遞減方向之間的夾角來確定，輸出電壓的遞減方向信息通過梯度下降法計算得到；設(shè)定電流修正值的大小根據(jù)該弱磁區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)矩、電壓變化量的方向信息和電流調(diào)節(jié)器輸出電壓與電壓設(shè)定值的差值來確定。該方法具有控制精度高、響應(yīng)速度快、魯棒性好等優(yōu)點。

論文對基于梯度下降法的弱磁控制策略進行了理論分析，并在基于ＳＴＭ３２的實驗平臺上進行了實驗驗證，得到了與理論分析一致的實驗結(jié)果，證明了本文所提出的控制策略的正確性和可行性，很好地實現(xiàn)了通過弱磁擴展調(diào)速范圍。關(guān)鍵詞：永磁同步電機；弱磁控制；電流設(shè)定值；梯度下降法

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎ，ｃｉｔｙｔｒａ銜Ｃｂｅｃｏｍｅｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎｅｄ，ａｌｏｔｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓｃａｕｓｅｄｂｙａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｔｒａ伍Ｃ．Ｓｕｂｗａｙｓ，ｃｉｔｙ－ｔｒａｉｎｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓｈａｖｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｒａｐｉｄｌｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｄｒｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｖｅｈｉｃｌｅｓｈａｓｂｅｅｎｇｅｔｔｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎ．ＰＭＳＭｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇａｍａｉｎｓｔｒｅａｍｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｉｒｍｅｒｉｔｓｓｕｃｈａｓｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙ，ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｉｍｐｌｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ｆｏｒｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｃａｌｌ’ｔｂｅｒｅｇｕｌａｔｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ，ｉｔｉｓａｃｈａｌｌｅｎｇｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｔｙｐｅｏｆｍｏｔｏｒｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｄｒｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｗｈｉｃｈｒｅｑｕｉｒｅｓｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｗｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｗｉｄｅｓｐｅｅｄｒｅｇｉｏｎ．Ｔ１１ｉｓｃａｔｃｈｅｓｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ’ｅｙｅｓ．

ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＰＭＳＭ，ａｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｄｉｆｙｉｎｇｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｔｔｉｎｇｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｗｏｐａｒｔｓ：ｏｎｅｉｓｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｒｅｇｉｏｎ；ａｎｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｔｔｉｎｇｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｒｅｇｉｏｎｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｔｏｒｑｕｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆｃｕｒｒｅｎｔｒｅｇｕｌａｔｏｒｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆ

ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｇｒａｄｉｅｎｔｄｅｓｃｅｎｔ

ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｔｔｉｎｇｉｓｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖａｒｉｍｉｏｎｔｏｒｑｕｅａｎｄｖｏｌｔａｇｅａｎｄｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｅｒｒｏｒａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｒｅｇｉｏｎ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｈａｓｈｉｇｈｃｏｎｔｒｏｌ

ｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ．

Ｄｅｐｅｎｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｎｔｈｅｇｒａｄｉｅｎｔｄｅｓｃｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ｂｙｄｉｎｔｏｆｔｈｅＳＴＭ３２ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆＰＭＳＭｉｓｂｕｉｌｔ

ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｓｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔ

ｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙａｎｄｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ，ｉｔｈａｓａｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｐｅｅｄｅｘｐａｎｓｉｏｎｗｉｔｈｆｌｕｘｗｅｎｋｅｎｉｎｇ．

ＷＯＲＤＳ：ＰＭＳＭ；ｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇ；ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｔｔｉｎｇ；ｔｈｅｇｒａｄｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄＩＩｖｏｌｔａｇｅｏｆｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎ、ｆａｓｔｂａｓｅｄｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｓｇｏｏｄＫＥＹｄｅｓｃｅｎｔ．

原創(chuàng)性聲明

本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我共同工作的同志對本研究所作的貢獻均已在論文中作了明確的說明。

作者簽名：ｌ選日期：蘭！��！年』月監(jiān)日

學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書

本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。同時授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會公眾提供信息服務(wù)。作者簽名：—工址導(dǎo)師簽名鼻博日期：絲年』月監(jiān)日

中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論

第一章緒論

１．１論文研究背景及意義

本課題來源于中國北車集團大連電力牽引研發(fā)中心與中南大學(xué)合作項目。該課題面向現(xiàn)代交流調(diào)速控制領(lǐng)域，進行理論研究和工程實踐，主要針對永磁同步電動機（ＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒＰＭＳＭ）交流傳動控制系統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)及其弱磁控制進行研究，研究弱磁控制性能改進及控制策略，使現(xiàn)代交流傳動控制系統(tǒng)能更好地服務(wù)于交通運輸、工業(yè)控制和民用設(shè)施等應(yīng)用場合【ｌ】。

由于稀土永磁材料和電子功率器件的發(fā)展，近年來，永磁同步電動機獲得了廣泛研究和應(yīng)用【２】。弱磁控制成為永磁同步電機的一個研究熱點。一方面是材料技術(shù)的發(fā)展，高剩磁密度噩和高矯頑力見的永磁材料應(yīng)用于電機，電機在相當(dāng)大的程度上已經(jīng)不怕電樞反應(yīng)的去磁作用，允許在直軸上流過較大的去磁電流。另一方面為了使電機運行于高速區(qū)，拓寬電機系統(tǒng)的調(diào)速范圍ｆ３】。在電壓型逆變器驅(qū)動的電機系統(tǒng)中，電機端電壓不可能提高的情況下，減弱電機磁場使電機轉(zhuǎn)速升高的方法一弱磁控制，可以使電機運行在額定轉(zhuǎn)速以上。在很多牽引和紡織驅(qū)動應(yīng)用場合中，需要恒功率控制和寬調(diào)速范圍運行，因此，電機的弱磁控制日益倍受關(guān)注【４。。

隨著變頻技術(shù)的日趨完善，永磁同步電動機和變頻控制實現(xiàn)機電一體化，使永磁同步電動機驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)勢已越來越明顯。特別是稀土永磁同步電動機，采用高性能稀土永磁材料為同步電機產(chǎn)生勵磁磁場，使電機的運行效率和功率因數(shù)大幅度提高【５】。并且該驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)速精度高，調(diào)速比大，輸出特性硬，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。此外，系統(tǒng)還具有恒轉(zhuǎn)矩輸出和轉(zhuǎn)速不隨負載波動的特性。通過變頻器有效控制，可使其輸出轉(zhuǎn)速保持恒定，在某些機械傳動中去掉減速器，這無疑給整個機械制造帶來一場新的革命。但是，由于永磁同步電動機采用永磁體勵磁，磁場恒定，永磁體勵磁強度也就不可調(diào)節(jié)，在基速以上的恒功率運行區(qū)域，隨著轉(zhuǎn)速升高，由于供電電壓的限制及電流控制器的飽和影響，，破壞了永磁同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩性能，因而無法運行到較高的轉(zhuǎn)速，限制了其應(yīng)用范圍。必須進行弱磁控制。因此，充分發(fā)揮永磁同步電動機驅(qū)動系統(tǒng)高效率的特長，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進一步拓寬其調(diào)速范圍，提高基速以上區(qū)域系統(tǒng)的運行效率是變頻驅(qū)動系統(tǒng)的一個重要研究方向【６】。

電動汽車對于驅(qū)動系統(tǒng)的基本要求是：低速時能輸出恒定轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)快速起動、加速、負荷爬坡等要求，高速時能輸出恒定功率，能有較寬的調(diào)速范圍，適應(yīng)高速行駛，超車等要求。較強的弱磁性能能夠在逆變器容量不變的情況下提高

  本文關(guān)鍵詞：永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)弱磁控制策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。