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 Magnet
Synchronous Motor
Abstract: 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;FOC
1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]。永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求。永磁同步电机弱磁控制的思想来自对他励直流电机的调磁控制，对永磁同步电机弱磁控制的研究始于20 世纪80 年代中期[3, 4]。并于90 年代初形成了完善的弱磁理论[5]。内置式永磁电机结构简单、鲁棒性高、造价低。对内置式永磁电机进行弱磁控制并拓宽弱磁范围有着重要意义[6]。由于永磁同步电机的励磁磁场是由永磁体产生，在转速要求较高需要弱磁运行的场合难以实现，在某些应用场合受到限制。因而研究永磁电机的弱磁扩速问题，无论是从控制角度还是本体结构的合理设计选取的角度，一直是国内外学者研究解决的热点[7]。所以有必要对现有的永磁同步电机弱磁控制方式进行综合分析研究。本文将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。文中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i d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。
2 永磁同步电机弱磁控制研究现状
2.1永磁同步电机控制技术的研究现状
近二十年多年来电动机矢量控制、直接转矩控制等控制技术的问世和计算机人工智能技术的进步，使得电动机的控制理论和实际控制技术上升到了一个新的高度。目前，永磁同步电机调速传动系统仍以采用矢量控制的为多。
矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制。从式(1)可以看出，当永磁体的励
磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩就取决于i d 和i q ，控制i d 和i q 便可以控制转矩。通过控制电流跟踪给定便实现了电动机转矩和转速的控制。
3
[()]2
e p q q q
f d d T n i L L i i ψ=+- (1)
2.2 永磁同步电机弱磁控制的研究现状
目前，永磁同步电机的弱磁问题主要从本体和控制策略的角度着手研究。一些学者从电机本体结构的角度，通过改变励磁回路、永磁励磁磁通旁路、 混合励磁调节气隙磁通等方法对电机的弱磁性能进行改善。另一些学者则从控制策略的角度来提高永磁同步电机的弱磁性能。本文主要从控制策略的角度来介绍。弱磁控制大多采用基于磁场定向控制(field-oriented control ，FOC)和最大转矩电流比(maximum torque per ampere ，MTPA)控制。MTPA 控制主要用于低转速运行时提高电机效率，而FOC 控制主要在于设计d 轴、q 轴电流调节器。常见的弱磁控制策略有公式计算法、查表法、梯度下降法、负i d 补偿法、单电流调节法、电流角度法等。公式计算法的精度依赖于电机数学模型的精度，实际中要想建立一个准确的模型很难，故很少在实际工程中应用。查表法通过大量的实验数据并制成表格，减少了电机控制芯片的实时计算量，实现起来较为复杂。梯度下降法计算量大，实现较复杂。负i d 补偿法实现简单，但不能实现在弱磁区域III 的弱磁。电流角度法不能实现在弱磁区域III 的弱磁。单电流调节法以电压为调节对象，实现了深度弱磁，具有一定发展前景，同时也存在一定缺点，有待改进。
3 永磁同步电机的弱磁控制原理
3.1 永磁同步电机弱磁控制的基本电磁关系
永磁同步电机的控制是与系统中的逆变器密切相关的，电动机的运行性能要受到逆变器的制约。其中最明显的是电动机的相电压有效值的极限值U lim 和相电流有效值I lim 要受到逆变器直流侧电压和最大输出电流限制。则电压极限椭园和电流极限圆的图形如图(1)所示。 电压方程满足：
u = (2)
当电机稳定运行时：
u =(3)
如果忽略电阻，以u lim 代替u,则电压方程满足：
lim u = (4)
电流方程满足：
222
lim
d q i i i += (5)
图1 电压极限椭园和电流极限圆
Fig.1 Trajectory of voltage limit and current limit
3.2 永磁同步电机弱磁控制的的区域划分
1990 年日本学者 S.Morimoto 对永磁电机运行区域进行了分析总结，首次提出弱磁运行三个运行区域(区域 I ，区域 II 和区域 III)根据电机运行情况，把区域分为3 个区域[8]： 1)区域I
基速以下，电机运行在恒转矩区域，采用线性最大转矩电流比控制(MTPA)，使永磁同步电机获得最大的电磁转矩[9]。 2)区域II
随着转速的升高，电机将沿着最大转矩电流比曲线和最大转矩电压比(MTPV)曲线之间的恒转矩曲线运行。该区域称为弱磁区域II 。 3)区域III
在更高的转速范围，电机沿着MTPV 曲线运行，该区域称为弱磁区域III 。当ψf /L d >i lim 时，该区域不存在。
4 永磁同步电机的弱磁控制方法
永磁同步电机的弱磁控制方法按照控制的对
象不同，可以分为三类： 1) 以电流为控制对象，控制电流为传统弱磁控制方法，控制方法最多。常用的方法有公式计算法、负i d 补偿法、查表法、梯度下降法等。 2) 以电压为控制对象，常用方法有单电流调节器法。 3) 以相角为控制对象，常用方法有电流角度法。 4.1 永磁同步电机负i d 补偿法弱磁控制
负i d 补偿法的的基本思想是，不断检测电流调节器输出的电压指令，一旦电压指令超出限幅。负方向增加i d ，使得电机工作点左移，重新回到电压椭园环内[1]。图(2)为基于d 轴电流补偿的弱磁控制框图，从图中我们也可以看出该方法实现起来也是相对简单的，使用的也是传统的PI 调节。
该方法原理简单，易于实现，对参数依赖性性小。这些优点使得该方法在弱磁深度要求不高的场合得到广泛应用。但是从原理上我们可以看到该方法主要是对负方向增加i d ，但是在前述的区域III 中，若要实现MTPV 曲线运行，我们是要负方向减小i d 的值的，负i d 补偿法从原理上就很难实现区域III 的弱磁运行。实际上，在深度弱磁时，该方法的稳定性严重下降，甚至发生电机失控。
文献[1]从数字化控制系统的特点入手，分析了电流失控出现的原因，分析结果表明，使用负i d 补偿法进行弱磁控制时，应当对i d 进行准确合理的限幅，并在i d 达到其限幅值后对i q 进行弱磁补偿，以保证系统的稳定可控。据此提出了一种改进的弱磁控制策略，经实验验证，可有效提高永磁同步电机稳定可控运行的转速范围。
图2 基于d 轴电流补偿的弱磁控制框图
Fig. 2 Field-weakening control block diagram based on
d-axis current compensation
4.2 永磁同步电机查表法弱磁控制
通过查表的弱磁控制方法是根据磁链的变化，及磁链与转矩、电流之间的关系，需要通过大量实验测试选取一些转速点来测量得到三者之间的数据关系，形成数据表。在电机运行时，电流参考值
则通过查表得到，免去实时的电流参考值计算，从而进行恒转矩和恒功率控制。
文献[10]中将交、直轴电流随转矩及定子磁链的变化关系作成表格。在电机运行过程中, 根据转矩及定子磁链的参考值通过实时查表得出电机的交、直轴电流给定值。由于该方法可以根据实际工况要求同时得出交、直轴电流参考值, 可有效地提高系统的快速响应能力[10] 。文献[10]中将功率5kW 的内置式永磁同步电机由额定转速1000r/min ，弱磁扩速至2 000 r/min 时转速。图(3)为弱磁区域i d ，i q 响应曲线，结果表明其基于查表法的弱磁控制策略可获得较快的动态响应。
采用查表法的控制算法精度较高，运行轨迹易于规划。但该方法需要大量实验数据，且是针对某台特定的电机进行实测，其运行性能优良，但不易进行移植。
1
2
t/ms
i d i q CH1 200mV CH2 100V M 100ms
图3 弱磁区域i d ，i q 响应曲线
Fig.3 i d ，i q response curve in field weakening region
4.3 永磁同步电机梯度下降法弱磁控制
梯度下降法是根据永磁同步电机的电压极限椭圆的电压递减方向和恒转矩运行曲线方向之间的夹角大小确定电机运行所在的弱磁区域，公式(6)用于计算电压递减方向与和恒转矩运行曲线方向之间的夹角。之后根据所在的弱磁区域，作相应的电流参考值修正，从而实现弱磁控制，图(4)为梯度下降法弱磁控制的算法框图。
对于电流参考修正值的大小主要由电机输出的电压大小与电机限定电压的差值确定，根据区域的不同，完成电流参考值的修正。文献[6]中将电机从1800r/min 弱磁到3600r/min,实验结果表明梯度下降法略优于传统方法，提高了直流母线电压利用率。
该方法对弱磁控制区域划分明确，控制精确，可以实现无限速度弱磁。算法可靠、鲁棒性好，响
应快，避免了使用查表法需要大量实验数据带来的不便，可以实现对电机的实时性调节，但是实现程序比较复杂。
cos (,)(,)/d q d q T T U U TU θ=
(6)
图4 梯度下降法弱磁控制算法框图
Fig.4 Block diagram of gradient descent field weakening
method
4.4 永磁同步电机单电流调节器弱磁控制
美国学者提出了一种新颖的单电流调节器控制的弱磁控制方法。该方法去掉了q 轴的电流调节器，只保留了d 轴电流调节器，图(5)是单电流调节器控制框图，从图中我们可以看到q 轴直接给定了一个电压信号V FWC ,该控制方法一旦i d 和V q 的值确定了，i q 便会由电机内部自动调整到一个固定值，且i q 的值与i d 的值线性相关，其关系满足下式(7)表达式[1]。
在文献[2]
中，单电流调节器控制大大提供了弱磁深度，使得电机最高转速可达基速的8倍以上。文献指出电压控制具有天然的弱磁能力。电流指令跟踪由于电流电压对应关系不固定，造成弱磁时电流无法跟踪，电机失控。而电压指令与逆变器输出电压直接对应，不会出现失控情况。同时也指出了电压控制和单电流调节器控制的一些缺点。电压控制存在动态响应差、转矩控制能力弱、调节电压值选取难等缺点。单电流调节器控制相比双电流环控制有效率降低、转矩输出能力下降等问题。
1
1
FWC f
d
q d V L i i r r ωψω-=-
+
(7)
图5 单电流调节器控制框图
Fig.5 Single current regulator control block diagram
4.5 永磁同步电机电流角度法弱磁控制
改变电流矢量相角的方法是利用输入到电机的电压参考值和电机的限制电压U lim 之间的差值经过控制器得到定子电流矢量与q 轴的控制角[11, 12]。在β = 0 时，说明电机运行在恒转矩区，相当于i d = 0 控制系统，当外部电压差值为负值时，经过控制器环节，得到β ＜ 0，产生d
轴负向分量，使电机进入弱磁控制区域，控制框图如图(6)所示。
图6 电流角度法弱磁控制框图
Fig.6 Block diagram of current angle field weakening
method
结论
永磁同步电机弱磁方法众多，永磁同步电机弱
磁控制方法按照控制的对象不同，可以分为以电流控制型、电压控制型、相角控制型三类。电流控制型算法中，公式计算法易于规划轨迹，但无参数鲁棒性，实用价值很低。负i d 补偿法方法简单可靠，不依赖参数、鲁棒性好，但稳定性随转速上升而下降，不能实现三区的弱磁。查表法易于规划轨迹，可实现转矩对应，但需要大量的实验数据，针对某台特定电机，可移植性差。梯度下降法可实时调节弱磁方向，实现非线性控制，但算法较复杂，
有一定参数依赖性。电压控制型算法中，单电流调节器法的电压指令与逆变器输出电压直接对应，不易出现电机失控情况，易于规划轨迹，弱磁深度大大提高，电机最高转速可达基速的8倍以上，但存在动态响应较差、转矩控制能力弱、调节电压值选取难等问题。相角控制型算法中，电流角度法不依赖参数，鲁棒性好，但不能实现三区的弱磁。相对来说，电压控制型算法可实现深度弱磁，具有一定
发展潜力。
致谢感谢高瑾老师对本工作的帮助，在此表示感谢！
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毕业设计文献综述 题目：立轴风力发电机 学生姓名：李春鹏学号：090501224 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：刘恩福 2013年2月27日
一、摘要 风能利用技术的快速发展已使风能成为目前最重要的一种可再生资源。现有的风能转化系统大部分将风能通过风力机装置转化为机械能，然后通过电机转化为电能，通常风力机按风轮旋转轴在空间的方向，分为水平轴风力机（HorizontalAxis Wind Turbine简称为HAWT）和立轴风力机（Vertical Axis Wind Turbine简称为VAWT）两大类，达里厄型（Darrieus）风力机为立轴风力机的典型机型。立轴风力机由于其结构和气动性能的独特优势，越来越被人们重视。变速风力机可以在很大的风速范围内工作，而且能最大限度的捕获风能，提高风力发电机的效率，而成为当前该领域的研究热点。本文以大型变速立轴风力机为研究对象，风力机为典型的达里厄型风力机，直接驱动永磁同步电机发电。通过建立风力机气动性能评估模型、传动系统模型、电机以及控制系统的模型，并在MATLAB/SIMULINK进行仿真模拟，得到风力机在各种工况下的运行情况，并实现了最大风能追踪的算法。 变速风力发电机提高了风能利用率，但增加了控制系统的难度，本文对最大风能追踪策略的理论进行分析研究。分析了达里厄型风力机的气动性能评估模型，该模型是基于叶素动量理论的双多流管模型，考虑了达里厄型风力机旋转时叶片对风轮下盘面流动干涉的特性，以及翼型动态失速、气动阻力的影响，对1MW达里厄型风力机进行计算分析，得到了该风力机的气动性能，如风力机在各风速下的气动转矩与转速的关系，以及在各风速下的气动功率与转速的关系，为仿真模拟提供基础。根据仿真的需要分别建立了风力机传动系统模型、永磁同步电机模型、最大功率跟踪算法等模型。永磁同步发电机在同步旋转轴下建立，并对同步电机的解耦控制做了分析，最大功率跟踪算法采用尖速比控制方法。最后在MATLAB/SIMULINK中且搭建了整个系统的仿真模型，对1MW 达里厄型风力机低风速气动、高风速刹车、额定风速下变风速运行等工况进行了仿真模拟。通过模拟得到风力机在各种工况下的运行情况，实现了最大风能追踪的算法，采用尖速比的控制方法追踪最大风能的效果显著，为进一步立轴风力发电机控制系统的设计提供依据。 ABSTRACT The rapid progress on wind energy conversion technology has made wind energy tobe one of the most important renewable and sustainable energy.Current wind energy conversion system translates the wind energy to mechanical energy by wind turbine,and then converts it to electricity by generator.According to the direction of the revolving shaft in space,wind turbine includes two types,one is horizontal axis wind turbine(HAWT for short),and the other is vertical axis wind turbine(VAWT for short),thevertical axis wind turbine is famous for Darrieus type.There has been growing attention to vertical axis wind turbine for its unique structural and aerodynamic advantages.As variable speed wind turbine works at larger ranger of wind speed,utilizes much more wind energy,Improve the efficiency of wind turbines.So it has become the hot topic in the field.This paper is basic on large variable speed vertical axis wind turbine.The wind turbine is Darrieus type,and it dives permanent magnet synchronous generator directly.Through establishment of aerodynamic performance evaluation model,dive-train model,generator and control system model,and simulating of the wind turbine system model in MATLAB/SIMULINK,we can obtain the performance of wind turbine in a variety of conditions,and achieve the algorithm of Maximum Power Point Tracking. Although variable speed wind turbine Improve the efficiency it Increase the difficulty of the control system.The Maximum Power Point Tracking control Strategy theory is analyzed in this paper.The aerodynamic performance evaluation model is established,it's the double-disk multiple stream-tube model in the framework of blade element momentum theory,the airfoil dynamic stall effect and aerodynamic losses were included.we obtained the aerodynamic performance by calculating for the1MW Darrieus vertical axis wind turbine,such as the relationship between aerodynamic torque and rotating speed at different wind speed,the relationship between aerodynamic power and rotating speed at different wind
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： 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。 本文主要研究容是对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：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)
文献综述 ——永磁同步电机伺服驱动系统 一.前言 自上世纪八十年代以来，随着微电子技术、电力电子技术、传感器技术、电机制造技术以及先进的控制理论等支撑技术的飞速发展，以交流伺服电动机为控制对象的交流伺服系统逐步取代直流伺服系统，在机电一体化、工业自动化、数控机床、大规模集成电路制造、航空航天、雷达和各种军用武器随动系统等方面得到广泛应用。以永磁同步电机作为执行电机的数字交流伺服系统在高精度运动控制和驱动领域得到了越来越广泛的应用。 永磁材料的选择对电机的结构和性能影响很大。目前广泛应用于永磁体主要有铁氧体、稀土钴以及钕铁硼三类永磁材料。其中钕铁硼是近年来出现的一种新型永磁材料，其矫顽力和剩磁密度都高于其他两类永磁材料，且成本比稀土钴低得多，是目前应用最为广泛的永磁材料。永磁材料的发展也对永磁同步电机的应用起着至关重要的作用。 二.正文 1. 交流伺服系统的概念及分类 1.1 概念 伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程，而电气伺服系统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在20世纪60年代，最早是直流电机作为主要执行部件，在70年代以后，交流伺服电机的性价比不断提高，逐渐取代直流电机成为伺服系统的主导执行电机。控制器的功能是完成伺服系统的闭环控制，包括力矩、速度和位置等。 在交流伺服系统中，电动机的类型有永磁同步交流伺服电机（PMSM）和感应异步交流伺服电机（IM），其中，永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速围宽广、动态特性和效率都很高，已经成为伺服系统的主流之选。普遍应用的永磁伺服电机有两大类：一类称为无刷直流电机（BLDC），另一类称为三相永磁同步电机（PMSM）。永磁同步电机的特点是用永磁体取代绕线式同步电机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷，因此具有转子转动惯量小、响应速度快、效率高、功率密度高等优点，在要求高性能的伺服领域得到了广泛的应用。永磁同步电机的定子与绕线式同步电机基本相同，要求输入定子的电流仍然是三相正弦的，所以称为三相永磁同步电机。而异步伺服电机虽然结构坚固、制造简单、价格低廉，但是在特性上和效率上存在差距，只在大功率场合得到重视。 1.2 分类 交流伺服系统根据其处理信号的方式不同，可以分为模拟式伺服、数字模拟混合式伺服和 全数字式伺服。如果按照使用的伺服电动机的种类不同，又可分为两种：一种是用永磁同步 伺服电动机构成的伺服系统；另一种是用鼠笼型异步电动机构成的伺服系统。二者的不同之处
第2章永磁同步电机结构及控制方法 2.1 永磁同步电机概述 永磁同步电动机的运行原理与电励磁同步电动机相同，但它以永磁体提供的磁通替代后的励磁绕组励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，省去了励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。因而它是近年来研究得较多并在各个领域中得到越来越广泛应用的一种电动机。 永磁同步电动机分类方法比较多：按工作主磁场方向的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式；按电枢绕组位置的不同，可分为内转子式(常规式)和外转子式；按转子上有无起绕组，可分为无起动绕组的电动机(用于变频器供电的场合，利用频率的逐步升高而起动，并随着频率的改变而调节转速，常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的电动机(既可用于调速运行又可在某以频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩起动，常称为异步起动永磁同步电动机)；按供电电流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电动机和正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。异步起动永磁同步电动机用于频率可调的传动系统时，形成一台具有阻尼(起动)绕组的调速永磁同步电动机。 永磁同步伺服电动机的定子与绕组式同步电动机的定子基本相同。但根据转子结构可分为凸极式和嵌入式两类。凸极式转子是将永磁铁安装在转子轴的表面，如图 2-1(a)。因为永磁材料的磁导率十分接近空气的磁导率，所以在交轴(q 轴)、直轴(d 轴)上的电感基本相同。嵌入式转子则是将永磁铁安装在转子轴的内部，如图 2-1(b)，因此交轴的电感大于直轴的电感。并且，除了电磁转矩外，还有磁阻转矩存在。 为了使永磁同步伺服电动机具有正弦波感应电动势波形，其转子磁钢形状呈抛物线状，其气隙中产生的磁通密度尽量呈正弦分布；定子电枢绕组采用短距分布式绕组，能最大限度地消除谐波磁动势。永磁体转子产生恒定的电磁场。当定子通以三相对称的正弦波交流电时，则产生旋转的磁场。两种磁场相互作用产生电磁力，推动转子旋转。如果能改变定子三相电源的频率和相位，就可以改变转子的转速和位置。
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。近年来，研究了各种非线性控制器，来解决永磁同步电机非线性的特性。 1．3 直接转矩控制 矢量控制方案是一种很有效的交流伺服电机控制方案，但是由于该方案需要进行矢量旋转变换，坐标变换比较复杂。此外，由于电机的机械常数慢于电磁常数，矢量控制中转矩响应的速度不够迅速。针对矢量控制的上述缺点，德国学者
基于Galerkin法分析微梁的动态响应 一、课题研究背景 1.MEMS的概念 MEMS是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)的英文缩写，是指将微结构的传感技术、致动技术和微电子控制技术集成于一体，形成同时具有“传感－计算(控制)－执行”功能的智能微型装置或微型系统[1]。 随着技术的兴起和发展，MEMS已成为继微电子技术之后在微尺度研究领域中的又一次革命。MEMS通过力、电、磁等能量的转换来实现自身的特有功能，涉及多种物理场的互相耦合，因此它是一个多能量域耦合作用的极其复杂的系统。 2.MEMS的特点 一般地说MEMS具有以下几个非约束性的特征： （1）MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。尺寸在毫米到微米范围之内，区别于一般宏(Macro)，即传统的、大于1cm 尺度的“机械”，并非进入物理上的微观层次。（2）以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似于铝，热传导率接近钼和钨。基于(但不限于)硅微加工技术制造。 （3）批量生产大大降低了MEMS 产品成本。用硅微加工工艺在一片硅片上同时可制造出成百上千个微型机电装置或完整的MEMS，批
量生产使性能价格比比之传统“机械”制造技术大幅度地提高。（4）集成化。可以把不同功能、不同敏感方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件集成在一起可制造成可靠性、稳定性很高的MEMS。 3.MEMS的研究领域 作为一门交叉学科，MEMS的研究和开发更是为了在微观领域探索新原理、开发新功能、制造新器件。由于MEMS具有体系小、重量轻、能耗低、集成度高和智能化程度高等一系列优点，MEMS的研究领域不仅与微电子学密切相关，而且还广泛涉及到机械、材料、光学、流体、化学、热学、声学、磁学、自动控制、仿真学等学科，技术影响遍及包括各种传感器件、医疗、生物芯片、通信、机器人、能源、武器、航空航天等领域[2-5]，所以MEMS技术是一门多学科的综合技术。 MEMS的研究包括理论基础、技术基础和应用与开发研究。MEMS 理论基础研究主要包括由于尺寸的微小型化、结构材料以及加工方法的不同带来的一些新的理论问题。结构尺寸效应和微小型化理论，如:力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件材料性能等等。尺寸减小到一定程度，有些宏观物理量甚至要重新定义，随着尺寸减小，需要进一步研究微结构力学、微动力学、微液体力学、微磨擦学、微电子学、微光学和微生物学等。 4.MEMS的应用
永磁同步电机控制方法以及常见问题永磁同步电机控制方法以及常见问题。永磁同步是电流源控制模式，电流源频率定了，当然转速也定了，所有你看的永磁同步设置多少转速计算出来也是多少转速。 1.掌握永磁同步电机的成熟控制方法和开发内容后如何转型 (1)仿真：连续simulink+线性电机模型仿真，离散模型+线性电机+线性电机模型，q 格式离散模型+线性电机模型，simplorer+ansoft+无位置开环和闭环q格式仿真，模拟实际电机的线性电机模型建立，matlabgui+simulink仿真。都是无位置开环切闭环模式，各种仿真变着花样玩，ekf，hfi，pll，atan，磁连观测，扩展反电视等各种无位置仿真。仿真和实际跑板子其实只要电流采样底层做得好，过调制出得来都可以和仿真对的上。 (2)电机参数识别，通过变频器激励与响应实现，其余的表示不靠谱，可以在电机启动前10s内辨识出来。没啥用。 (3) 控制性能优化，6次谐波自适应陷波滤波，sogi等手段。 (4) 压缩机驱动自动力矩补偿。
(5) svpwm简单快速实现与单电阻采样结合研究。 (6) 各种各样电机调试与性能测试，我调试的电机型号应该有上千款了，仅限于 10w-20kw永磁同步电机，都快调试吐了，测试电机单体性能，带变频器运行极限测试 2.永磁同步电机初始角设置的问题 电机控制的调试里除却方波驱动，基本都会有一个类似于超前角的变量，该变量非常重要，直接影响速度，效率和抖动性。改变该角可以降低输出转矩，但可能会带来其他问题。 旋转转子使d轴指向A+与A-的中心线，就找到了初始角！但是对模型的初始角修改一下之后，在同样Thet角下，转矩下降好多！现在问题是在在修改初始角之后输出转矩能够稳定吗？这个输出转矩应该是与负载大小有关! 修改后的初始角与原来A相反电势为0对应的初始角，他们对应的输出转矩一定会变化的，且修改后的初始角中设定的功率角不是真正的模型功率角；至于设定负载我还没尝试过，不过我觉得你说的应该是对的。 其实我刚开始主要是对修改初始角后模型输出转矩稳定性有疑问，按照你的说法现在转矩应该是稳定的！那么对于一个永磁同步电机模型，峰值转矩可以达到，但是要求的额定转矩却过大，当修改模型之后达到要求的额定转矩时，峰值转矩却达不到，敢问你觉得应该从方面修改模型？？或是我修改模型的思路有问题 3.永磁同步电机控制的建模问题讨论，如模型仿真慢、联合仿真问题、PI控制问题等 两种控制方式不一样的所有输出量不一样。 永磁同步是电流源控制模式，电流源频率定了，当然转速也定了，所有你看的永磁同步设置多少转速计算出来也是多少转速。 无刷电机是电压源控制模式，而且计算出来都是开环的。性能由空载转速，电阻，电感
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 (5) 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 (7) 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 (8) 2.4 仿真结果 (11) 三、解决效果 (13) 3.1 结论 (13) 3.2感悟与体会 (13)
电机文献综述 （08级） 学生姓名金其超 学号 08132209 院系工学院机电系 专业自动化 082 填写日期2010-09-27
电机行业综述 前言 电机行业是一个传统的行业。经过200多年的发展，它已经成为现代生产、生活中不可或缺的核心、基础，是国民经济中重要的一环。作为劳动密集型产业，我国发展电机制造业有着得天独厚的优势。到目前为止，我国的电机制造业已经具有一定规模。据全国电工行业统计，2006年全国交流电机产量达到15000万kw，同比增16％；汽轮发电机9583万kw，同比增长21.64％，水轮发电机组1922万kw，同比增长49.57％。在经过了2006年下半年的低速发展之后，2007年到现在，我国电机制造行业保持高速发展态势。电机出口市场的需求还将在相当一个时期趋于稳定，交流电动机的国际市场需求也十分可观，并将持续处于高速增长阶段。随着电机产品国外市场的进一步拓宽，中小型电机在出口数量、品种、产品档次、创汇额上将会有重大突破。未来出口电机产量增长主要外部原因在于世界经济稳定增长，促进了行业贸易产量的增长。内因是国内出口退税率改革导致企业加快出口步伐，及国内外资企业规模的不断扩大和数量的快速增加，产品竞争提高，在国内形成巨大的效益，也刺激了出口上升。随着生产现代化程度的不断提高和人们对家用电器、汽车等消费的不断增加，市场对电机的需求也将越来越大。预计到2010年，全国发电装机容量将达到6.6亿千瓦左右，平均每年将投产发电装机容量3700万千瓦以上，年均增长7.8%左右。而电动机的需求与发电设备的需求呈1∶3.51的正比关系，据此分析，大型、中小型交流电动机产品在国内市场的有效需求会保持稳定增长。 正文 电机的起源和发展 电机工作基本原理是利用带电导体和磁场间的相互作用而把电能变为机械能。电动机结构主要包括两部分：转子和定子。转子为电动机的旋转部分，由转轴座组成，导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。 1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。最先制成电动机的人，据说是德国的雅可比。他于1834年前后成了一种简单的装置：在两个u型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根棒型磁铁。通电后，棒型磁铁与u型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用，带动轮轴转动。后来，雅可比做了一具大型的装置。安在小艇上，用320个丹尼尔电池供电，1838年小艇在易北河上首次航行，时速只有2.2公里，与此同时，美国的达文波特也成功地制出了驱动印刷机的电动机，印刷过美国电学期刑《电磁和机械情报》。但这两种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太大、不实用。 直到第一台实用直流发动机问世，电动机才广泛应用。1870年比利时工程师格拉姆发
参考文献 [1]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; [2] 陈世坤电机设计.第二版[M] 北京:机械工业出版社,2004; [3] 徐广人高效高起动转矩永磁同步电机设计中的关键技术问题研究[A]沈阳:沈阳工业大学 ,1999; [4] 陶果,邱阿瑞,柴健云永磁同步伺服电动机的磁场分析与参数计算[N]北京:清华大学学报 ,2004,44(10):1317—1320； [5]吴芳，黄声华，万山明永磁同步电机位置传感器控制技术发展与研究[A] 武汉：中华科技大学，电气与电子工程学院 2008，07； [6]孙亦诠永磁同步电机的发展前景[J]电工电能新技术，1987(3):9-15; [7]李钟明，刘卫国，刘景林等，稀土永磁电机[A]，北京：国防工业出版社，1999； [8]张东，新型双定子永磁电机的设计与研究[D]，博士学位论文：上海大学，2008. [9]黄明星.新型永磁电机的设计、分析与应用研究[D].博士学位论文:浙江大学,2008. [10]施进浩.新型横向磁场永磁电机设计与研究[D].博士学位论文:上海大学,2006. [11]杨勇.汽车用稀土永磁发电机与PWM稳压控制技术的研究[D].硕士学位论文: 山东理工大学,2008. [12]辜承林,陈乔夫,熊永前.电机学(第二版)[M].武汉:华中科技大学出版社. [13]王鑫,李伟力,程树康.永磁同步电动机发展展望[A].哈尔滨：哈尔滨工业大学，(2007)05-0069-04. [14]温嘉斌,李华,郑福龙.永磁同步电动机电磁转矩的计算[A]. 哈尔滨：哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨.(2010)01-0001-03. [15]唐任远，顾国彪，秦和等. 中国电气工程大典.北京：中国电力出版社，2008. [16]唐任远. 现代永磁同步电动机理论与设计.北京：机械工业出版社,1997. [17]于慎波.永磁同步电动机振动与噪声特性研究：(博士学位论文).沈阳：沈阳工业大学,2005. [18] 程福秀，林金铭. 现代电机设计. 机械工业出版社，北京，1993. [19]成本权,黄守道,高剑,刘娇.永磁同步电动机电磁参数的有限元分析[A].湖南:湖南大学 (2009)06 -0006 -03. [20] 李俊卿,叶东.永磁同步电动机的基本分析方法.电机技术,1999,1(l). [21]Richter E, Neumann T. Line start permanent magnet motors with different materials[J]. IEEE Transactions on Magnetics, 1984, 20(5): 1762-1764. [22] Manabu Kosaka,Hiroshi Uda..Paramers Identification for Interior Permanent Magnet Synchronous Motor Driven by Sensor Control[J] Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, 2010, Vol.28 (4) [23] Dong Joon Sim, Hyun Kyo Jung, Song-Yop Hahn, et al. Application of vector optimization employing modified genetic algorithm to permanent magnet motor design. IEEE Trans on Magnetics,1997,33(2):1880-1891.
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1 1.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 Permanent Magnet Synchronous Motor for Electrical Vehicle Xu Junfeng Feng Jiang hua Xu Jianping Abstract: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 control 1 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)
永磁同步电动机振动分析及转子设计 Vibration analysis and rotor design of large line start permanent magnet synchronous motor <<沈阳工业大学学报>>2004年第26卷第02期 作者: 安忠良, 赵清, 于慎强, 韩永强, 唐任远, 期刊-核心期刊 ISSN : 1000-1646(2004)02-0157-03 永磁同步电动机转子内开有大量用于安装永磁体的磁槽和用于装配起动笼条的转子槽，而使转子结构趋于复杂.冲片强度受到了严重削弱，转子刚度也有所减小.另外，大功率稀土永磁同步电动机在起动和运行过程中，由于机械和电磁等原因而产生的振动非常严重.为此，对大功率异步起动稀土永磁同步电动机的振动和转子的结构强度进行了分析，并设计出了合理的转子结构 某微型燃机电机转子强度及配合设计 <<第十三届发动机结构强度振动学术会暨中国一航材料院50周年院庆系列学术会议>>2006年作者: 于丽君, 会议会议记录ID : 6261562 采用ANSYS软件对某微型燃机电机转子一转子护套与永磁体转子之间在各状态下包容关系、配合紧度等有关参数进行了计算.通过对内压及结构尺寸的调整和对数十种方案进行优化,最终确定了电机转子一转子护套及永磁体转子的总体尺寸和结构形式,按照本工作所设计的转子已通过工作转速的实验,表明了所提出的参数符合转子的设计要求. 关键词: 微型燃机, 电机转子, 永磁体转子, 包容关系, 强度设计, 有限元, 应力分析, | 全部关键词 一种与微型燃机集成的高速永磁发电机 <<中华人民共和国国家知识产权局>>2003年 发明人: 庞为, 肖印波, 王凤翔, 董正刚, , 宗鸣, 王正木, 郑文鹏, 李英, , 王正, 侯英奎, 郭大力, 申请人: 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司, 实用新型申请号 : CN03213176.3 一种与微型燃机集成的高速永磁发电机，在微型燃机主机壳体上设有周向均布风道的永磁发电机壳体，其前部内设有电机转子轴承座，中部内设有与壳体风道对应风道，内具定子绕组的永磁性发电机定子，微型燃机轴上设有转子磁钢，并穿过永磁发电机定子与电机转子轴承座组为动连接，电机转子轴承座顶部设有机组进气整流罩，侧部设有气孔，各风道间隔内设有空心整流支板，转子磁钢为一整体结构，径向充磁，其外周设有护套。微型燃机与发电机共壳共轴，结构紧凑，综合热效率高，体积功率密度大，运转平稳，体积小，造价低。 永磁电机转子强度接触有限元分析 Contact FEM Analysis of Permanent Magnet Motor Rotor's Intensity <<微电机>>2008年第41卷第01期 作者: 邵广军, 赵清, 安忠良,
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 Magnet Synchronous Motor Abstract: 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;FOC 1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]。永磁同步电机必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求。永磁同步电机弱磁控制的思想来自对他励直流电机的调磁控制，对永磁同步电机弱磁控制的研究始于20 世纪80 年代中期[3, 4]。并于90 年代初形成了完善的弱磁理论[5]。内置式永磁电机结构简单、鲁棒性高、造价低。对内置式永磁电机进行弱磁控制并拓宽弱磁范围有着重要意义[6]。由于永磁同步电机的励磁磁场是由永磁体产生，在转速要求较高需要弱磁运行的场合难以实现，在某些应用场合受到限制。因而研究永磁电机的弱磁扩速问题，无论是从控制角度还是本体结构的合理设计选取的角度，一直是国内外学者研究解决的热点[7]。所以有必要对现有的永磁同步电机弱磁控制方式进行综合分析研究。本文将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。文中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i d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。 2 永磁同步电机弱磁控制研究现状 2.1永磁同步电机控制技术的研究现状 近二十年多年来电动机矢量控制、直接转矩控制等控制技术的问世和计算机人工智能技术的进步，使得电动机的控制理论和实际控制技术上升到了一个新的高度。目前，永磁同步电机调速传动系统仍以采用矢量控制的为多。 矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制。从式(1)可以看出，当永磁体的励
文献综述 电气工程及自动化 无刷直流电机控制器的综述 摘要：实现由专用集成芯片及外围电路构成的一种体积小、结构紧凑、调试方便的无刷 直流电机控制器，实现电机的正反转，并分析了各部分的电路结构。 关键词: MC33035; MC33039;无刷直流电机;控制器; 1引言 无刷直流电机是随着大功率开关器件、专用集成电路、稀有永磁材料、微机、新型控制理论及电机理论的发展而迅速发展起来的一种新型电动机，它比交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电动机运行效率高、无励磁损耗、调速性能好等特点，因此在当今国民经济的各个领域(如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方面) 的应用日益普及。 2无刷电机的控制结构及原理 所谓无刷直流电动机是利用半导体开关电路和位置传感器代替电刷和换向器的直流电动机，也就是，它是把电刷与换向器的机械整流变换为霍尔元件与半导体功率开关元件的电子整流。无刷直流电机由转子和定子两部分组成，转子用永磁材料制成，构成永磁磁极，定子由绕组和铁芯组成，定子铁芯由导磁硅铁片迭压而成，其周上均匀分布的槽中嵌放有很多相电枢绕组。直流无刷驱动器包括电源部及控制部：电源部提供三相电源给电机，控制部分需要转换输入电源频率。 图一 电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V)，如果输入是交流电就得先经转换器转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先用换流器将直流
电压转换成3 相电压来驱动电机，换流器一般由6个功率晶体管分为上臂(A+、B+、C+)臂(A-、B-、C-）连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器作为之闭回路控制，同时也作为相序控制的依据。 要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor 感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，如下（图二）inverter 中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/ 逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor 感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管)；要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。 图二 基本上功率晶体管的开法可举例如下： AH、BL 一组→AH、CL 一组→BH、CL 一组→BH、AL 一组→CH、AL 一组→CH、BL 一组，但绝不能开成AH、AL 或BH、BL 或CH、CL。此外因为电子零件总有开关的响应时间，所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去，否则当上臂(或下臂)尚未完全关闭，下臂(或上臂)就已开启，结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。当电机转动起来，控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令(Command)与hall-sensor 信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(AH、BL 或AH、CL 或BH、CL 或……)开关导通，以及导通时间长短。速度不够则开长，速度过头则减短，此部份工作就由PWM 来完成。PWM 是决定电机转速快或慢的方式，如何产生这样的PWM 才是要达到较精准速度控制的核心。高转速的速度控制必须考虑到系统的CLOCK 分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间，另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、实时性。至于低转速的