永磁同步电机弱磁调速
(完整word版)永磁电机
1.论述永磁电机相对于传统电励磁电机的优缺点优点：①取消了励磁系统，降低了损耗，提高了效率；②取消了励磁绕组和励磁电源，结构简单，运行可靠；③稀土永磁电机结构紧凑，体积小，重量轻；④电机的尺寸和形状灵活多变；⑤微型永磁直流电动机，由于结构工艺简单、质量减轻，总成本一般比电励磁电机低。
缺点：①控制问题由于永磁电机是靠永磁体建立机电能量转换所需，气隙磁场永磁电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。
永磁发电机难以从外部调节其输出电压和功率因数，永磁直流电动机不能再用改变励磁的办法来调节其转速。
②不可逆退磁问题如果设计或使用不当，永磁电机在过高（钕铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）温度时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械震动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。
③成本问题铁氧体永磁电机，特别是微型永磁直流电动机，由于结构工艺简单、质量减轻，总成本一般比电励磁电机低，因而得到了极为广泛的应用。
由于稀土永磁目前价格还比较贵，稀土永磁电机的成本一般比电励磁电机高，这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。
2.画出永磁材料的特性曲线，并列出其主要参数永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁(Jr, Br)、矫顽力(bHc)、内禀矫顽力(jHc)、磁能积(BH)m。
我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。
永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度(Tc)、可工作温度(Tw)、剩磁及内禀矫顽力的温度系数(Brθ, jHcθ)、回复导磁率(μrec.)、退磁曲线方形度( Hk/ jHc)、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。
永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；机械性能则包括维氏硬度、抗压（拉）强度、冲击韧性等。
此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。
磁能积曲线(BH)max 退磁曲线上任何一点的B和H的乘积即Bm、 Hm和（BH）代表了磁铁在气隙空间所建立的磁能量密度，即气隙单位体积的静磁能量，由于这项能量等于磁铁Bm与Hm的乘积，因此称为磁能积，磁能积随B而变化的关系曲线称为磁能曲线，其中一点对应的Bd和Hd的乘积有最大值，称为最大磁能积。
反凸极永磁同步电机弱磁特性分析
反凸极永磁同步电机弱磁特性分析摘要：高速旋转运作电动机可以采用相对较小的直轴弱磁电流量来消弱磁密磁通，完成弱磁提速，合理扩大电动机的弱磁范畴。
创建新式反凸极永磁同步电机的复励轴等效电路实体模型，剖析新式反凸极永磁同步电机磁感应转距特点和弱磁特性，基础理论剖析结果与模拟仿真测算剖析结果相符合，认证了反凸极永磁同步电机弱磁的高效性和可行性分析。
关键词：反凸极永磁同步电机弱磁特性直轴和交轴电感调整铁心引言永磁同步电机具备高效能和高功率等优势，在新能源汽车和数控车床等行业已得到普遍的研究和运用。
由于永磁同步电机选用永磁体励磁，导致励磁调整器电磁场没法调整。
所以电动机在基速以上区域运作时，就必须开展弱磁控制才可以扩宽转速比范畴。
理想化的弱磁标准是直轴电感器与负向的弱磁电流量相乘，正好抵消永磁材料形成的磁通。
完成弱磁关键选用两种方式，一是扩大负性的直轴弱磁电流量，二是提升直轴电感器，但增大负向直轴弱磁电流会增加铜耗，还有可能引起不可逆退磁。
增大直轴电感又受到电机结构的限制，因为内置式永磁同步电机转子中永磁体始终放置于直轴位置，无法获得较大数值的直轴电感。
这就是永磁同步电机弱磁困难的原因。
1 反凸极永磁同步电机结构1.1 反凸极永磁同步电机结构反凸极永磁同步电机的电机转子构造如下图1所显示。
反凸极永磁同步电机由电机定子、电机转子和磁密组成。
电机定子与一般永磁同步电机定子同样。
电机转子由铁芯、永磁材料和气体槽构成。
其中铁芯包含调整铁芯和磁轭铁心两一部分。
调整铁芯外表层沿圆上方位由2p个弧形段和2p个平行线段组成。
永磁材料分为多个小段，每邻近两小段永磁材料之间产生磁桥。
永磁材料可选用同样规格的钕铁硼磁铁，也可选用不一样型号规格，使永磁材料1、永磁体2和永磁材料3的剩下磁通密度先后下降来改进磁密电磁场波型及其提升永磁材料的使用率。
凸极永磁同步电机的直轴和交轴等效电路实体模型各自长为2和图3所显示图2中，Fd、Fq各自为直轴磁动势、交轴磁动势，Rpm、Rδ、Rt、Rj分别为永磁材料磁电式、磁密磁电式、齿部磁阻和轭部磁电式。
永磁同步电机单电流调节器弱磁控制策略优化
Feb. 2021Vdl.2& No.22021年2月 第28卷第2期控制工程Control Engineering of China文章编号：1671・7848(2021)02・0327・08DOI: 10.14107/j .cnki.kzgc.20190341永磁同步电机单电流调节器弱磁控制策略优化石讯1,易映萍 >,石伟2(1.上海理工大学机械工程学院，上海200093； 2.许继集团有限公司，河南许昌461000)摘要：针对电压角度法单电流调节器弱磁控制策略带来的内环稳定性下降问题，采用小 信号模型法推导了使用该控制策略时电机的传递函数，证明了控制系统本质上是一个非最 小相位系统。
针对使用该控制竟略时内置式电机参数特性导致的开环极点接近虚轴的问题，提出采用PD 控制器前馈补偿策略。
针对电机弱磁控制过程中极点改变导致传统PID 控制器参数整定不合理的问题，基于内模控制原理，提出采用变参数PID 控制器的弱磁控制罠略。
仿真与实验结果表明，所提出的方法可以有效提高使用电压角度法单电流调节器 弱磁控制罠略时电流内环的稳定性。
关键词：永磁同步电机；单电流调节器弱磁控制策略；电压角度法；非最小相位系统；变 参数PID 控制中图分类号：TP29文献标识码：AOptimization of Single Current Regulator Flux-weakening Control Strategy forPermanent Magnet Synchronous MotorSHIXun 1, YI Ying-ping 1, SHI Wei 2(1. School of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;2. XJ Group Corporation, Xuchang 461000, China)Abstract: Aiming at the problem of decreased stability of the inner loop caused by the voltage angle methodsingle current regulator flux-weakening control strategy, the small signal model method is used to derive thetransfer function of the motor when the control strategy is used, which proves that the control system isessentially a non-minimum phase system. Aiming at the problem that the open-loop pole is close to the virtualaxis caused by the interior motor parameter characteristics when using this control strategy, a PD controllerfeedforward compensation strategy is proposed. Aiming at the problem that the parameter setting of thetraditional PID controller is unreasonable due to the pole change in the motor flux-weakening control process,based on the principle of internal model control, a flux-weakening control strategy using variable parameterPID controller is proposed. Simulation and experimental results show that the proposed method can efifectivelyimprove the stability of the current inner loop when the voltage angle method is used for single currentregulator flux-weakening control strategy.Key words: PMSM; single current regulator flux-weakening control strategy; voltage angle method;non-minimum phase system; variable parameter PID control1引言由于转子永磁体安装位置的不同，内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronousmotor, EPMSM)相对于表贴式永磁同步电机具有更加稳定的转子机械结构。
永磁同步电机弱磁调速的研究
DOI ：10．19392/j．cnki．1671－7341．201920174永磁同步电机弱磁调速的研究睢丙东韩伟河北科技大学河北石家庄050000摘要：永磁同步电机弱磁调速是现代电机研究的热点之一，解释永磁同步电机传统的弱磁控制原理，研究分析传统弱磁调速的主要缺陷及限制调速范围的因素。
阐述弱磁调速的研究现状以及总结研究的新动向。
关键词：永磁同步电机；弱磁调速；调速范围现代永磁同步电机因为具有高转矩密度、高效率、较为优秀的低速驱动性能以及较宽的调速范围，已经被广泛的应用于电动汽车的驱驱动中。
永磁同步电机调速系统大多由直流电源、逆变器、控制器和电机组成。
但是永磁同步电机励磁所采用的稀土永磁体，磁场不能被调节，因而需要采用弱磁控制的方法来提高转速。
当电机输出功率一定，在低转速时扭矩的提高必然带来额定转速的降低，此时需要弱磁调速控制，如果保持最高转速且稳定，则弱磁调速的范围也随之提高。
因此对弱磁调速能力的研究对提升整个永磁同步电机控制系统的性能有着重要意义。
1弱磁调速的基本原理永磁同步电机弱磁控制原理在于对它励直流电动机的弱磁控制。
由于PMSM 的转子是永磁体，无法通过控制励磁电流的方法去实现弱磁控制，通过电流所产生的励磁来抵消永磁体的磁通方向从而实现弱磁控制。
当转矩恒定且电机稳定运行时，忽略定子电子Ｒs ，定子电压峰值表示为：|u s |=ωr |ψs |=ωr （ψf +L d i d ）2+（L d i d ）槡2（1）式中u s 为最大电压、ψs 为定子磁链。
根据（1）式可知，当|ψs |稳定时，电机的转子转速ωr 和定子电压成正比，且由于最大电压值|ψs |的约束，转速ωr 受到限制，电机会达到最大转速为ωn ，称其为转折速度。
当需要拓宽调速范围时，就需要使用弱磁控制的方法。
如下图为电机的转子永磁励磁结构。
电机转子结构图一般去磁作用有两种方法：1增加直流去磁电流分量；2减小交轴电流分量，可以维持电机的电压平衡关系。
弱磁控制原理与控制方法个人总结
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用 使
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电动机的定子端相电压就会升高，电流 PI 调节器的输出就会逐步接近饱和值，使调节裕量 减少，影响调节能力。
图 1-6 隐极电机定子电流矢量轨迹（ −ψ f / Ld < ilim ）
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(1-8)
弱磁控制式为满足式(1-7)，如图 1-3 所示，通过控制 id 可使逆变器输出功率不变，将电 动机运行范围扩大到高速区域。但在上述两种控制方案中，当电动机转速达到较高转速时， 电机反电势增大， 都将会导致定子端电压大于母线电压， 迫使定子电流跟踪其指令值所需的 电压差减小至 0（甚至为负） ，此时逆变器的 dq 轴电流控制器都会开始饱和，此时 dq 轴电 流控制器输出均是其限幅值从而失去控制，没有达到弱磁控制的目的。因此在实际应用中， PMSM 的弱磁控制主要是在满足电压极限椭圆和电流极限圆的基础上，调整 id 、 iq ，控制 电流矢量轨迹，避免电流调节器饱和，从而使 PMSM 由恒转矩调速平稳、快速地过渡到弱 磁工作模式。
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区间 3 为到达 A2（即输出达到最大输出功率） 后如果仍需要扩速， 则需按 A2 → A3 的 轨迹变化。但若圆心坐标（ − ψ f / Ld ，0）落在电流极限圆外即 −ψ f / Ld > ilim ，则不存在 此区间。 当电动机运行于某一转速 ω e 时，由电压平衡方程：
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究【范本模板】
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。
永磁同步电机基础知识
(一) PMSM 的数学模型交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。
永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。
在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。
为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设：1) 忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的；2) 不考虑涡流和磁滞损耗；3) 当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略气隙中的高次谐波；4) 驱动开关管和续流二极管为理想元件；5) 忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。
永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下：(l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示:d d s d d c q q q s q q c d di u R i L dt di u R i L dt ωψωψ⎧=+-⎪⎪⎨⎪=++⎪⎩其中，Rs 为定子电阻；ud 、uq 分别为d 、q 轴上的两相电压；id 、iq 分别为d 、q 轴上对应的两相电流；Ld 、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；ωc 为电角速度；ψd 、ψq 分别为直轴磁链和交轴磁链。
若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，如下式所示。
cos sin 22cos()sin()3322cos()sin()33a d b q c u u u u u θθθπθπθπθπ⎛⎫ ⎪-⎛⎫⎪⎛⎫ ⎪⎪=--- ⎪ ⎪⎪⎝⎭ ⎪⎪⎝⎭ ⎪+-+⎝⎭(2)d/q 轴磁链方程： d d d f q q qL i L i ψψψ=+⎧⎪⎨=⎪⎩ 其中，ψf 为永磁体产生的磁链，为常数，0f r e ωψ=，而c r p ωω=是机械角速度，p 为同步电机的极对数，ωc 为电角速度，e0为空载反电动势，其值为每项倍。
弱磁调速
何为弱磁调速
1、在直流电机理论中，改变直流电机转速的方法有：改变电枢电压调速，减小电枢电阻、减弱主极磁通Φ调速；
2、在变频器对异步电机的调速中，当变频器的输出频率高于电机额定频率时，电机铁芯磁通Φ开始减弱，电机转速高于额定转速，此时我们称电机进入弱磁调速；
3、变频器对异步电机调速时，一旦进入弱磁调速，变频器输出电压不再改变，一般为电机额定电压。
而电机电流增大，超过额定电流，速度增大时电磁转矩减小，电机功率为恒功率，所以有人把弱磁调速又叫做恒功率调速。
弱磁调速的目的与方法
1、在额定转速以上，为了不产生过流或过载；
2、电机在弱磁调速运行时，只有保证转矩M与转速n成反比，即恒功率P运行，电流才基本不变保持额定电流；
因为：U = 4.44fNΦ , M ≈IΦ ，M = P/n ；
如：f增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2 ，n增大2倍，这个过程中电压U不变，电流I 不变，频率f增大2倍，n增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2，功率P不变。
弱磁调速注意点
理论情况是，进入弱磁调速，电机电流变化情况与负载性质有关，恒功率P运行，电流基本不变保持额定电流何为弱磁调速
因为：U = 4.44fNΦ , M ≈IΦ ，M = P/n ；
如：f增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2 ，n增大2倍，这个过程中电压U不变，电流I 不变，频率f增大2倍，n增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2，功率P不变。
弱磁调速注意点
理论情况是，进入弱磁调速，电机电流变化情况与负载性质有关，恒功率P运行，电流基本不变保持额定电流。
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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 (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)本次阅读文献报告的主要课题是研究对内置式永磁同步电机弱磁调速控制的研究，报告内容主要来自等，在写作过程中也参考了一些关于永磁同步电机弱磁调速控制方法设计以及弱磁性能研究等方面的资料现在从关注的问题、所用的研究方法及关注问题解决的效果三个方面来阐述报告内容。
一、研究的问题近年来，随着稀土永磁材料和电子功率器件的发展，永磁同步电机获得了广泛研究。
永磁同步电机较异步电机具有功率密度大、转子发热量小、结构紧凑等优点，用永磁同步电机做主轴传动正在成为一个新的研究方向。
普通永磁同步电机为了实现力矩随电流线性可控，一般将励磁电流设为零，这种控制策略将导致电机的最高转速不能超过额定转速，转矩输出能力也不能满足主轴电机的要求。
为了充分挖掘永磁同步电机的潜能，总是需要并希望在额定功率下输出的转速尽可能高些，然而，在基速（注意：在直流母线电压达到最大值，也就是电机输入电压最大且在额定转矩的情况下，对应的转速被称为基速）以上时，如果磁通保持不变，电机的反电动势必将大于电机的最大输入电压，造成电机绕组电流的反向流动，这在电机实际运行时是不允许的，而弱磁时，磁通反比于定子频率，使感应电动势保持常值而不随转速上升而增加，所以采用弱磁控制方可解决此类问题，且永磁调速系统具有体积小、节能、控制性能好，系统运行噪低、平滑度和舒适性好等优点。
所以，此背景下，研究永磁同步电动机的弱磁调速系统具有重大意义。
二、研究方法2.1 永磁电机的数学模型以二相导通星形三相状态为例，分析PMSM的数学模型及转矩特性。
为建立永磁同步电动机的转子轴（dq轴）数学模型，作如下假定：（1）三相绕组完全对称，气隙磁场为正弦分布，定子电流、转子磁场分布对称；（2）忽略齿槽、换相过程和电枢反应等影响；（3）电枢绕组在定子内表面均匀连续分布；（4）磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。
则三相绕组的电压平衡方程式可表示为式中，,,a b c u u u 为定子绕组的相电压；R s 为定子每相绕组电阻；,,a b ci i i 为定子绕组相电流； s L 为定子每相绕组的自感；M 为定子每相绕组的互感；p 为微分算子p=d/dt ；f 为转子永磁体磁链；θ为转子位置角，即转子q 轴与a 相轴线的夹角。
因为三相绕组为星型连接，有 ++=0a b c i i i ，则式(1)可简化为：式(2)为永磁同步电机在abc 静止坐标系下电压方程。
利用坐标变换，把abc 静止坐标系变换到dq 转子坐标系，得到相应的动态电压方程：式中，r ω为转子电角速度；d q L L 、为直、交轴同步电感。
在d 、q 坐标系下电机的电磁转矩为：式中，n P 表示电机极对数。
2.2弱磁调速原理永磁同步电机中，感应电势随着转速的增加而增加，当电机的端电压达到控制器直流侧电压时， PWM 控制器将失去追踪电流的能力。
因此定子端电压Us 和相电流Is ，受到逆变器输出电压和输出电流极限(Usmax 和Ismax )的限制。
由此可得电流极限圆电压极限椭圆又因为0f d d q q E x L x L ωψωω===，，，所以电压极限椭圆方程可以改写为永磁同步电动机的运行范围是受以满足电流极限圆和电压极限椭圆为条件限制的，即电机的电流矢量 Is (其分量为 Id 与 Iq )应处于两曲线共同包围的面积内，如图 1 中阴影部分所示。
由图 1可以看出，电机转速 ω 升高， Id 分量趋于增大，相应的 Iq 分量必须减小，因此，电机的电磁转矩也随转速升高而下降，显示出恒功率的特性。
图1 PMSM电压电流限制曲线2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立在 Matlab6. 5的Simulink环境，利用SimPower2 System Toolbox2. 3丰富的模块库,在分析PMSM数学模型的基础上提出了建立PMSM弱磁控制控制系统仿真模型的方法，弱磁控制系统总体设计框图见图2。
PMSM 弱磁控制建模仿真系统采用双闭环控制方案：速度环为控制外环，它使电机的实际转速与给定的转速值保持一致，实现电机的加速、减速和匀速运行，并且及时消除负载转矩扰动等因素对电机转速的影响。
电流环为控制内环，它的作用是控制逆变器在定子绕组上产生准确的电流。
根据模块化建模的思想，将图2 中的控制系统分割为各个功能独立的子模块，其中主要包括：PMSM 本体模块、矢量控制模块、电流滞环控制模块、速度控制模块、弱磁控制模块等，通过这些功能模块的有机整合，就可在 Matlab/Simulink中搭建出PMSM 控制系统的仿真模型，并实现双闭环的控制算法。
图2 PMSM弱磁控制系统总体设计框图2.3.1 PMSM 本体模块在整个控制系统的仿真模型，PMSM 本体模块是最重要的部分。
Matlab/ Simulink 的工具箱提供了按交直轴磁链理论建立的定子绕组按 Y 型连接的 PMSM 模块。
PMSM 模块共有四个输入端，其中前三个输入端，分别为 A 相、 B 相、 C 相输入端， 第四个输入端为转矩输入端 T 1 (N·m)。
当 T 1 >0 时，为电动机模式；当 T 1 < 0 时为发电机模式。
PMSM 的主要设置参数包括:定子电阻R (Ω)；交直轴定子电感 d q L L 、(H)转子磁场磁Ф(W b )；转动惯量 J (kg·m2) ； 粘 滞 摩 擦 系 数B (N·m·s)；电机的极对数 p 等。
2.3.2 矢量控制模块dq 向abc 转换模块主要是根据转子的位置即图2中的θ，按照dq 变换的反变换公式产生三路基准信号，dq 变换的反变换公式如下：式(8)中包含了零序分量，在对称三相条件下，没有零序分量dq 向abc 转换结构框图如图3所示。
dq 向abc 转换模块输出三路基准信号，该曲线的横坐标按转子位置标注， 纵坐标按电流标注。
三根曲线分别代表对应与转子的某一位置的三个绕组各自驱动电流瞬时值，通过矢量合成可知此刻的旋转磁场矢量的角度。
图3 dq 到abc 转换结构框图2.3.3 电流滞环控制模块三相电流源型逆变器模块是按照矢量控制理论，利用滞环电流控制方法，实现电流逆变控制。
输入为三相参考电流和三相实际电流，输出为变器电压信号，模块结构框图如图4所示。
当实际电流is 经过惯性环节1)S T +1/(低于参考电流sr i 且偏差大于滞环比较器的环宽时，电机对应相正向导通，负向关断；当实际电流si 经过惯性环节1)S T +1/(超过参考电流sr i 且偏差大于滞比较器的环宽时，对应相正向关断，负向导通选择适当的滞环环宽，即可以实际电流不断跟踪参考电流的波形，实现电流闭环控制。
图4 三相电流源型逆变器模块结构框图2.3.4 速度控制模块速度控制模块的结构较为简单，如图5所示，参考转速和实际转速的差值为单输入项，三相考相电流的幅值qref i 为单输出项。
其中， Ki 为PI 控制器中P(比例)的参数，1/K T 为PI 控制器中I(积分的参数，饱和限幅模块将输出的三相参考相电流的幅值限定在要求范围内。
图5 速度控制模块2.3.5 弱磁控制模块电机在恒转矩区运行时， 直轴电流q i *的计算公式如下电动机转速超过基速时，恒功率运行，d i * 切换为下面公式计算式中，d L 为永磁同步电机直轴电感；q L 为永磁同步电机交轴电感；R s 为定子绕组的电阻； ω为感应电动势的电角度。
2.4 仿真结果在前面理论分析的前提下，本文基于Matlab/Simulink 建立PMSM 弱磁控制系统的仿真模型，并对该模型进行了PMSM 双闭环控制系统的仿真。
PMSM 电机仿真参数设置：相绕组电阻R 为2.87 Ω，极限电压值max s U 为240 V ，d 轴电感分量d L 为388.5 mH ，极限电流值max s I 为1.6 A ，q 轴电感分量q L 为475.5 mH ，起始机械转矩i T 为5 N•m，永磁磁链m ψ为447， 机械转矩变化时刻t 为0.015 s ，极对数p 为4，最终机械转矩Tend 为3 N •m。
通过仿真试验表明，转速达到基本转速以后，若不加该电流弱磁控制算法，继续升速的空间很小。
采取了本文提出的电流调节算法以后，永磁同步电机的弱磁调速区域明显扩大，恒功率运行区域调速比达到了4： 1；最高转速达到2200 rad/s，转速为1600 rad/s时的仿真波形如图6到图8所示。
图6 转矩响应曲线图7 转速响应曲线图8 三相电流仿真波形由仿真波形可以看出：在转速为1600 rad/s时，系统转矩响应快速且平稳，三相电流波形较为理想，转速响应快且稳态运行时无静差，具有较好的静态和动态特性。
三、解决效果3.1 结论本文在分析 PMSM 数学模型的基础上，提出了一种基于电流调节的 PMSM 定子磁链弱磁控制算法。
仿真实验结果表明，本文提出的方拓宽了电动机弱磁调速范围，有效地提高了恒功率运行区域的调速比，转速响应迅速，转矩变平稳，系统具有良好的动态和稳态性能，达到预期的设计指标要求。