第六章永磁电机驱动系统学习资料课件.ppt

1、第六章永磁电机驱动系统的组成和工作原理一、永磁无刷电机的分类二、永磁同步电机的结构三、永磁同步电机的工作原理四、永磁同步电机的数学模型及控制系统一、永磁同步电机的分类PMSM和BDCM每相励磁磁场强度波形a)PMSMb)BLDCM 永磁电动机既具有交流电动机的无电刷结构、运行可靠等优点, 又具有直流电动机的调速性能好的优点, 且无需励磁绕组, 可以做到体积小、控制效率高, 是当前电动车用电动机研发与应用的热点。永磁无刷电动机可以分为： 由方波驱动的无刷直流电动机系统(BLDCM) 由正弦波驱动的无刷直流电动机系统(PMSM)一、永磁同步电机的分类 永磁电动机驱动系统可以分为无刷直流电动机无刷直

2、流电动机(BLDCM)(BLDCM)系统和永磁同步电动机系统和永磁同步电动机(PMSM)(PMSM)系统系统。 无刷直流电动机(BLDCM)系统具有转矩大、功率密度高、位置检测和控制方法简单的优点, 但是由于换相电流很难达到理想状态, 因此会造成转矩脉动、振动噪声等问题。对于车速要求不太高的电动汽车驱动领域,BLDCM系统具有一定的优势, 得到了广泛的重视和普遍应用。 永磁同步电动机永磁同步电动机( PMSM)( PMSM)系统系统具有高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性以及低噪声的特点, 通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能, 提高电动机的调速范围, 因此在电动车驱动方面具有较高

3、的应用价值, 已经受到国内外电动汽车界的高度重视, 并在日本得到了普遍的应用 , 是一种比较理想的电动汽车驱动系统。永磁同步电机相比交流异步电机优势永磁同步电机相比交流异步电机优势1、效率高、更加省电：、效率高、更加省电：a、由于永磁同步电机的磁场是由永磁体产生的，从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致的励磁损耗（铜耗）；b、永磁同步电机的外特性效率曲线相比异步电机，其在轻载时效率值要高很多。c、由于永磁同步电机功率因数高，这样相比异步电机其电机电流更小，相应地电机的定子铜耗更小，效率也更高。d、系统效率高：永磁电机参数，特别是功率因数，不受电机极数的影响，因此便于设计成多极电机（如可以100极

4、以上），这样对于传统需要通过减速箱来驱动负载电机，可以做成直接用永磁同步电机驱动的直驱系统，从而省去了减速箱，提高了传动效率。永磁同步电机相比交流异步电机优势永磁同步电机相比交流异步电机优势2、功率因数高：、功率因数高：由于永磁同步电机在设计时，其功率因数可以调节，甚至可以设计成功率因数等于1，且与电机极数无关。电机的功率因数高有以下几个好处：a、功率因数高，电机电流小，电机定子铜耗降低，更节能；b、功率因数高，电机配套的电源，如逆变器，变压器等，容量可以更低，同时其他辅助配套设施如开关，电缆等规格可以更小，相应系统成本更低。c、由于永磁同步电机功率因数高低不受电机极数的限制，在电机配套系统允

5、许的情况下，可以将电机的极数设计的更高，相应电机的体积可以做得更小，电机的直接材料成本更低。永磁同步电机相比交流异步电机优势永磁同步电机相比交流异步电机优势3、电机结构简单灵活：、电机结构简单灵活： 由于异步电机转子上需要安装导条、端环或转子绕组，大大限制了异步电机结构的灵活性，而永磁同步电机转子结构设计更为灵活。4、可靠性高：、可靠性高： 由于永磁同步变频调速电机参数不受电机极数的限制，便于实现电机直接驱动负载，省去噪音大，故障率高的减速箱，增加了机械传动系统设计的可靠性和灵活性。永磁同步电机相比交流异步电机优势永磁同步电机相比交流异步电机优势5、体积小，功率密度大：、体积小，功率密度大：

6、电机效率的增高，相应地损耗降低，电机温升减小，则在采用相同绝缘等级的情况下，电机的体积可以设计的更小；电机结构的灵活性，可以省去电机内许多无效部分，如绕组端部，转子端环等，相应体积可以更小。6、起动力矩大、噪音小、起动力矩大、噪音小、温升低、温升低 ：a、永磁同步电机在低频的时候仍能保持良好的工作状态，低频时的输出力矩较异步电机大，运行时的噪音小；b、转子无电阻损耗，定子绕组几乎不存在无功电流，因而电机温升低，同体积、同重量的永磁电机功率可提高30%左右；同功率容量的永磁电机体积、重量、所用材料可减少30%。 （1）价格较高价格较高：磁钢价格较高。：磁钢价格较高。 （2）弱磁能力低弱磁能力低：

7、由于永磁同步电动机转子为永：由于永磁同步电动机转子为永磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量磁体，无法调节，必须通过加定子直轴去磁电流分量来削弱磁场，这会增大定子的电流，增加电动机的铜来削弱磁场，这会增大定子的电流，增加电动机的铜耗；耗； （3）起动困难起动困难，高速制动时电势高，给逆变器带，高速制动时电势高，给逆变器带来一定的风险。来一定的风险。永磁同步电机缺点永磁同步电机缺点二、永磁同步电机的结构图5-57交流永磁电驱动系统a)交流永磁电驱动系统b)永磁电机控制器内部结构交流永磁电驱动系统由交流永磁电动机和控制器组成。交流永磁电驱动系统由交流永磁电动机和控制器组成。正弦波永磁同步电

8、动机驱动系统的基本组成框图 二、永磁同步电机的结构rrggbbNSACBZYX模拟结构图二、永磁同步电机的结构 定子定子绕组一般制成三相绕组。三相绕组绕组一般制成三相绕组。三相绕组沿定子铁心对称分布，在空间互差沿定子铁心对称分布，在空间互差120120度度电角度，通入三相交流电时，产生旋转电角度，通入三相交流电时，产生旋转磁场。磁场。 转子转子采用永磁体，目前主要以钕铁硼作采用永磁体，目前主要以钕铁硼作 为永磁材料。为永磁材料。 采用永磁体简化了电机的采用永磁体简化了电机的结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗，结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗， 提高电机的效率。提高电机的效率。 霍尔传感器 定

9、子绕组转子磁铁实物结构图二、永磁同步电机的结构 贴面转子结构二、永磁同步电机的结构（1）表面凸出式结构 表面凸出式转子结构中的永磁磁极易于实现最优设计，使之成为能使电动机气隙磁密波形趋近于正弦波的磁极形状。可显著提高电动机乃至整个传动系统的性能；具有结构简单、制造成本较低、转动惯量小、动态响应快、转矩脉动低等优点。 但由于弱磁调速范围小，功率密度低，所以与其他转子结构相比在电动车驱动力一面没有优势。 1997年本田汽车公司PLUS电动车的驱动电机采用了这种结构的永磁同步电机。日前可在矩形波永磁同步电动机的恒功率运行范围不宽的正弦波永磁同步电机中应用。比较适合用作汽车的电子伺服驱动：如汽车电子动

10、力力一向盘的伺服电机。（2）表面插入式结构 可充分利用转子磁路的不对称性所产生的磁阻转矩，提高电动机的功率密度，动态性能较凸出式有所改善。制造工艺也较简单。但漏磁系数和制造成本都大。 这种结构型式的永磁同步电动机为丰田汽车公司的蓄电池电动车RAV4所采用。本田汽车公司PLUS电动车的第一代驱劝电机也采用了这种结构。a）内置径向式 b）内置切向式 c）内置混合式内置式转子结构内置式永磁同步电机也称为混合式永磁磁阻电机。该电机在永磁转矩的基础上迭加了磁阻转矩。磁阻转矩的存在有助于提高电机的过载能力和功率密度，而且易于弱磁调速.扩大恒功率范围运行。 内置式结构的永磁体位于转子内部。按永磁体磁化方向与

11、转子旋转方向的相互关系，内置式磁路结构又可分为径向式、切向式和混合式二种。日前国内外电动车驱动以采用径向式结构的居多。（3)内置式转子结构 调速永磁同步电动机结构示意图调速永磁同步电动机结构示意图l转轴转轴 2轴承轴承 3端盖端盖 4定子绕组定子绕组 5机座机座 6定子铁心定子铁心 7，8永磁体永磁体 9转子铁心转子铁心 10风扇风扇 11风罩风罩 12位置、速度传感器位置、速度传感器 13，14电缆电缆 15专用变频驱动器专用变频驱动器18自行车电机永磁同步电机结构工业电机汽车电机三、永磁同步电机的工作原理由于电机定子三相绕组中接入三相对称交流电产生旋转磁场，用旋转磁极N、S来模拟。根据磁极

12、异性相吸、同性相斥的原理，不论定子旋转磁极与永磁磁极起始相对位置如何定子的旋转磁极总会由于磁拉力拖着转子同步旋转，同步电机转速可表示为:同步同步60 f1pn = n0 = NSSNn0n0电动机状态电动机状态 三相同步电机的可逆运行三相同步电机的可逆运行NSSNn0n0电动机状态电动机状态NSSNn0n0理想空载状态理想空载状态SNn0NSn0发电机运行发电机运行三、永磁同步电机的工作原理n1、PMSM的数学模型ABC、 、：定子三相静止坐标系：定子两相静止坐标系：转子两相坐标系、d、q 为了简化和求解数学模型方程，运用坐标变换理论,通过对同步电动机定子三相静止坐标轴系的基本方程进 行线性变

13、换，实现电机数学模型的解耦 。四、永磁同步电机的数学模型及控制系统：定子电压：定子电流：定子磁链矢量：转子磁链矢量：转子角位置：电机转矩角sssfrui假设： 1)忽略电动机铁心的饱和； 2)不计电动机中的涡流和磁滞损耗； 3)转子无阻尼绕组。 永磁同步电动机在三相定子参考坐标系中的数学模型可以表达如下：sss sduR idtrjss sfLie定子电压：定子磁链：电磁转矩：32epssTniq1、永磁同步电机的数学模型、永磁同步电机的数学模型永磁同步电动机在 坐标系中的数学模型可以表达如下：sssjsssiiji定子电流：定子磁链：电磁转矩：32epssssTnii q1、永磁同步电机的数

14、学模型、永磁同步电机的数学模型永磁同步电动机在转子旋转坐标系d-q中的数学模型可以表达如下：定子电压：定子磁链：电磁转矩：dds drqduR idt qqs qrdduR idt dddfL iqq qL i3()2enfqdqdqTpiLLi iq1、永磁同步电机的数学模型、永磁同步电机的数学模型 （1）开环控制：）开环控制：u/f恒定恒定 （2）闭环控制：）闭环控制：n矢量控制矢量控制 （70年代）年代）n直接转矩控制（直接转矩控制（80年代）年代）n智能控制智能控制n永磁同步电机控制方式q2、永磁同步电机的控制系统、永磁同步电机的控制系统n永磁同步电动机矢量控制策略与异步电动永磁同步电

15、动机矢量控制策略与异步电动机矢量控制策略有些不同。机矢量控制策略有些不同。n由于永磁同步电动机转速和电源频率严格由于永磁同步电动机转速和电源频率严格同步，其转子转速等于旋转磁场转速，转同步，其转子转速等于旋转磁场转速，转差恒等于零，没有转差功率，控制效果受差恒等于零，没有转差功率，控制效果受转子参数影响小。转子参数影响小。n因此，在永磁同步电动机上更容易实现矢因此，在永磁同步电动机上更容易实现矢量控制。量控制。 （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略定子电流经过坐标变换后转化为两相定子电流经过坐标变换后转化为两相旋转坐标系上的电流旋转坐标系上的电流 和和 ，从而，从而调节转矩调节转矩

16、 和实现弱磁控制。和实现弱磁控制。FOC中需要测量的量为：定子电流、中需要测量的量为：定子电流、转子位置角转子位置角 dsqsiiq （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略eT1、工作原理n以转子磁场定向以转子磁场定向n系统动态性能好，控制精度高系统动态性能好，控制精度高n控制简单、具有直流电机的调速性能控制简单、具有直流电机的调速性能n运行平稳、转矩脉动很小运行平稳、转矩脉动很小2、FOC特点q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略3、坐标变换（1 1）ClarkeClarke（3s/2s3s/2s）变换）变换3N：三相绕组每相绕组匝数：两相绕组每相绕组匝数各相磁动势为

17、有效匝数与电流的乘积，其相关空间矢量均位于有关相的坐标轴上。2Nq （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与相总磁动势与二相总磁动势相等时，两套绕组瞬时磁动势在 轴上的投影都应相等，因此233332333cos60cos6011()22sin60sin603()2ABCABCBCBCN iN iN iN iN iiiN iN iN iN ii321112233022ABCiiNiiNiq （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略考虑变换前后总功率不变，可得匝数比应为2 / 3102133221322C111222333022ABCiii

18、ii3223NN3/2111222333022C坐标系变换矩阵：可得q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略如果三相绕组是Y形联结不带零线，则有302122ABiiii2031162ABiiii0ABCiii于是q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略d两个交流电流 和两个直流电流 ，产生同样的以同步转速 旋转的合成磁动势 轴和矢量 都以转速 旋转，分量 的长短不变。 轴与 轴的夹角 随时间变化（2 2）ParkPark（2s/2r2s/2r）变换）变换1sFdqii、dqii、dq、ii、( )SsF i1q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略由图可见，

19、 和 之间存在下列关系坐标系变换矩阵：写成矩阵的形式，得ii、dqii、cossinsincosdqdqiiiiii2 /2cossinsincosddrsqqiiiCiii 2 /2cossinsincosrsC2 /2cossinsincossrCq （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略由三组六个开关（ ）组成。由于 与 、 与 、 与 之间互为反向，即一个接通，另一个断开，所以三组开关有 种可能的开关组合 PWM逆变器模型dUASBSCSASBSCS+-（3 3）电压空间矢量）电压空间矢量,ABCABCSSSSSSASASBSBSCSCS 823q （1）PMSM电机的电机的

20、FOC控制策略控制策略若规定三相负载的某一相与“+”极接通时，该相的开关状态为“1”态；反之，与“-”极接通时，为“0”态。则8种可能的开关组合 逆变器7种不同的电压状态：n电压状态“1”至“6”n零电压关状态“0”和“7” q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略逆变器的输出电压 用空间电压矢量来表示，依次表示为 ( )su t(001)(101)(011)(100)(110)(010)(000)(111)ssssssssuuuuuuuu、逆变器非零电压矢量输出时的相电压波形、幅值和电压状态的对应关系图 电压状态和开关状态均以6个状态为一个周期，相电压幅值为两种： 和 2/3dU

21、/3dUq （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略把逆变器的7个输出电压状态放入空间平面内，形成7个离散的电压空间矢量。每两个工作电压空间矢量在空间的位置相隔60角度，6个工作电压空间矢量的顶点构成正六边形 q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略选定定子坐标系中的 轴与 矢量复平面的实轴 重合，则其三相物理量 的 矢量 为： a( )( )( )abcXtXtXt、( )X tParkPark22( )( )( )( )3abcX tXtXtXt120=je式中 复系数，旋转因子，旋转空间矢量 的某个时刻在某轴线 轴上的投影就是该时刻该相物理量的瞬时值。( )X tab

22、c、 、q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略若 三相负载的定子绕组接成星形，其输出电压的空间矢量 的 矢量变换表达式为 2/3/3adbcduuuuu 011abcSPark2 /34 /32( )3jjsabcu tuu eu e对于状态“1” 时；可知abc、 、( )su t则2 /34 /32211(011)()33332233jjsdddjdduuu eu euu eq （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略电压空间矢量的结论： n逆变器六个工作电压状态给出了六个不同方向的电压空间矢量。它们周期性地顺序出现，相邻两个矢量之间相差60度；n电压空间矢量的幅值不

23、变，都等于 ，因此六个电压空间矢量的顶点构成了正六边形的六个顶点；n六个电压空间矢量的顺序如下，它们依次沿逆时针方向旋转；n零电压状态7位于六边形中心。2/3du(011)(001)(101)(011)(100)(110)ssssssuuuuuuq （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略42永磁无刷电机位置信号永磁同步电机位置信号43永磁无刷电机三相反电动势与三相电流永磁同步电机三相反电动势与三相电流n 控制控制 定子电流中只有交轴分量，且定子磁动势空间矢量与定子电流中只有交轴分量，且定子磁动势空间矢量与永磁体磁场空间矢量正交，电机的输出转矩与定子电永磁体磁场空间矢量正交，电机的输出

24、转矩与定子电流成正比。流成正比。 其性能类似于直流电机，控制系统简单，转矩性能好，其性能类似于直流电机，控制系统简单，转矩性能好，可以获得很宽的调速范围，适用于高性能的数控机床、可以获得很宽的调速范围，适用于高性能的数控机床、机器人等场合。电机运行功率因数低，电机和逆变器机器人等场合。电机运行功率因数低，电机和逆变器容量不能充分利用。容量不能充分利用。5、FOC控制方式q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略0di n 控制控制 控制交、直轴电流分量，保持控制交、直轴电流分量，保持PMSMPMSM的功率因数为的功率因数为1 1，在在 条件下，电机的电磁转矩随电流的增加呈条件下，电机

25、的电磁转矩随电流的增加呈现先增加后减小的趋势。现先增加后减小的趋势。 可以充分利用逆变器的容量。不足之处在于能够输出可以充分利用逆变器的容量。不足之处在于能够输出的最大转矩较小。的最大转矩较小。n最大转矩最大转矩/ /电流比控制电流比控制 也称为单位电流输出最大转矩的控制（最优转矩控也称为单位电流输出最大转矩的控制（最优转矩控制）。制）。 它是凸极它是凸极PMSMPMSM用的较多的一种电流控制策略。当输出用的较多的一种电流控制策略。当输出转矩一定时，逆变器输出电流最小，可以减小电机的转矩一定时，逆变器输出电流最小，可以减小电机的铜耗。铜耗。q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略c

26、os1cos146Ld=Lq：LdLq：电流极限圆电压极限椭圆恒转矩曲线永磁同步电机的基本特性 不同的控制策略，可能导致不同的电机；而同一种电机，采取不同的控制策略，则会有不同的效果。 因此，对应不同的设计指标，电磁设计必须和控制策略匹配，才能总体因此，对应不同的设计指标，电磁设计必须和控制策略匹配，才能总体上产生一个最佳的效果。上产生一个最佳的效果。矢量控制方矢量控制方法法一、一、Id=0控制控制二、最大转矩二、最大转矩/ /电流控制电流控制三、弱磁控制三、弱磁控制四、最大输出功率控制四、最大输出功率控制emm qdqd q2m sdq3()231 sin()sin2 22sTpiLL i

27、ipILL I永磁电机的永磁电机的dq轴旋转坐标系轴旋转坐标系5、FOC控制方式控制方式（1） Id=0控制（磁场定向控制） 控制是矢量控制中的一个特殊的控制方法，从电动机端口看，相当于一台他励直流电动机，定子电流中只有交轴分量，且定子磁动势空间矢量与永磁体磁场空间矢量正交，即 =90 ，电机转矩中只有永磁转矩分量。d0I 例如：表贴式永磁同步电机。例如：表贴式永磁同步电机。2emm sdq31sin()sin2 22sTpILL I磁场定向控制时的相量图磁场定向控制时的相量图o90emm s32TpI为什么表贴式永磁电机都适合用这种控制方式为什么表贴式永磁电机都适合用这种控制方式？表贴式永磁

28、电机的交直轴电感相等，表贴式永磁电机的交直轴电感相等，不可能有磁阻转矩存在。不可能有磁阻转矩存在。适用于恒速运行，以及调速范围要求不高的场合。适用于恒速运行，以及调速范围要求不高的场合。（2） 最大转矩/电流控制SPM电机的定子电流矢量轨电机的定子电流矢量轨迹迹m qdqd qem223 ()2sdqpiLL i iTIiiemsdemsq/0/0TiiTii表贴式永磁电机： Ld=Lq可推出结论：Id=0 最大转矩/电流控制也称单位电流输出最大转矩的控制，是凸极式永磁同步电动机用的较多的一种电流控制策略。对于隐极式永磁同步电机（大多数表贴式永磁电机）来说，最大转矩/电流控制就是id0控制。电

29、流矢量应电流矢量应满足的两条满足的两条件件SPM电机电机（2）最大转矩/电流控制IPM电机的定子电流矢量轨迹电机的定子电流矢量轨迹m qdqd qem223 ()2sdqpiLL i iTIiiemsdemsq/0/0TiiTii 最大转矩/电流控制也称单位电流输出最大转矩的控制，是凸极式永磁同步电动机用的较多的一种电流控制策略。对于隐极式永磁同步电机（大多数表贴式永磁电机）来说，最大转矩/电流控制就是id0控制。电流矢量应电流矢量应满足的两条满足的两条件件2222mmdqdd4121L LiL其中为电机的凸极率， =Lq/LdIPM电机电机（3）弱磁控制 弱磁控制的思想来自于他励直流电动机的

30、调磁控制（通过降低他励直流电动机的励磁电流大小，可拓宽其转速范围）。 而对于永磁同步电机来说，励磁磁场是永磁体产生，无法进行调节，只而对于永磁同步电机来说，励磁磁场是永磁体产生，无法进行调节，只有通过调节定子电流，即增加定子直轴去磁电流分量来维持高速运行时电压有通过调节定子电流，即增加定子直轴去磁电流分量来维持高速运行时电压的平衡，达到弱磁扩速的目的。的平衡，达到弱磁扩速的目的。22d qd dm()uL iL i 不难发现，在同一电流极限圆上的A点和C点，转矩也一致，但转速却是C点更高。 还有，如果按照最大转矩/电流控制，在转速为时只能做到Tem2大小的功率（B点），但是通过做弱磁控制，增大

31、电机的直轴去磁电流，削弱了永磁体产生的气隙磁场，可以增大电机的输入电流使转矩提高到Tem1(C点)达到了弱磁扩速的目的。弱磁控制弱磁控制非弱磁控制非弱磁控制6、FOC的组成（1 1）SVPWMSVPWM模块。采用先进的调制算法以模块。采用先进的调制算法以 减少电流谐波、提高直流母线电压减少电流谐波、提高直流母线电压 利用率；利用率；（2 2）电流读取模块。通过精密电阻或电）电流读取模块。通过精密电阻或电 流传感器测量定子电流；流传感器测量定子电流；q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略（3 3）转子速度）转子速度/ /位置反馈模块。采用霍尔位置反馈模块。采用霍尔 传感器或增量式光

32、电编码器来准确传感器或增量式光电编码器来准确 获取转子位置和角速度信息，也可获取转子位置和角速度信息，也可 采用无传感器检测算法进行测量；采用无传感器检测算法进行测量；（4 4）PIDPID控制模块；控制模块；（5 5）ClarkClark、ParkPark及及Reverse ParkReverse Park变换模变换模 块。块。q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略7、FOC原理图q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略r（1 1）将电流读取模块测量的相电流）将电流读取模块测量的相电流 和和 ， 经过经过ClarkClark变换将其从三相静止坐标系变变换将其从三相静

33、止坐标系变 换到两相静止坐标系换到两相静止坐标系 和和 ；（2 2） 和和 与转子位置与转子位置 结合，经过结合，经过ParkPark变换变换 从两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系从两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系 和和 ；（3 3）转子速度）转子速度/ /位置反馈模块将测量的转子角位置反馈模块将测量的转子角 速度速度 与参考转速与参考转速 进行比较，并通过进行比较，并通过PIPI 调节器产生交轴参考电流调节器产生交轴参考电流 ；q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略biaiiiiidiqir*r*qsirel（4 4）交、直轴参考电流）交、直轴参考电流 与实际反馈的交、与实际

34、反馈的交、 直轴电流直轴电流 进行比较，取直轴参考电流进行比较，取直轴参考电流 为为0 0。再经过。再经过PIPI调节器，转化为电压调节器，转化为电压 和和 ；（5 5）电压）电压 和和 与检测到的转子角位置与检测到的转子角位置 相结相结 合进行反合进行反ParkPark变换，变换为两相静止坐标变换，变换为两相静止坐标 系的电压系的电压 和和 ；（6 6）电压）电压 和和 经过经过SVPWMSVPWM模块调制为六路开模块调制为六路开 关信号从而控制三相逆变器的开通与关关信号从而控制三相逆变器的开通与关 断。断。 q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略*dsqsii、dsqsii、

35、*dsiqsvreldsvvvvvdsvqsv当当 变化时，与变化时，与 产生偏差产生偏差 ，经，经PIPI调节器输调节器输出设定值出设定值 , ,和实际交轴电流和实际交轴电流 比较，得到偏差比较，得到偏差 ，用来调节实际交轴电流；用来调节实际交轴电流；如果直轴电流如果直轴电流 不为不为0 0，因为直轴电流给定值为，因为直轴电流给定值为0 0，产生直轴电流偏差产生直轴电流偏差 ；以上两个偏差电流以上两个偏差电流 和和 经过经过PIPI调节器及反调节器及反ParkPark变换后为变换后为SVPWMSVPWM调制算法提供两相电压调制算法提供两相电压 ，从而，从而进一步调节电压空间矢量，并通过逆变器

36、来调节电进一步调节电压空间矢量，并通过逆变器来调节电机的转速，然后重复上述过程，实现了转速和电流机的转速，然后重复上述过程，实现了转速和电流的双闭环控制系统。的双闭环控制系统。q （1）PMSM电机的电机的FOC控制策略控制策略*rr*qsiqsidsidsivv、qsiqsidsir（2）永磁同步电动机的直接转矩控制）永磁同步电动机的直接转矩控制 实际系统中，开关信号是由转矩和定子磁链的实际系统中，开关信号是由转矩和定子磁链的给定值与反馈值的偏差经滞环比较得到。而转矩和给定值与反馈值的偏差经滞环比较得到。而转矩和定子磁链的给定值是由电磁转矩和定子磁链估算模定子磁链的给定值是由电磁转矩和定子磁

37、链估算模型计算得到的。型计算得到的。PMSM直接转矩控制系统结构（3）永磁同步电动机的智能控制）永磁同步电动机的智能控制 采用智能控制方法的永磁同步电机控制系统，采用智能控制方法的永磁同步电机控制系统，在多环控制结构中，智能控制器处于最外环充当速在多环控制结构中，智能控制器处于最外环充当速度控制器，而内环电流控制、转矩控制仍采用度控制器，而内环电流控制、转矩控制仍采用PIPI控控制、直接转矩控制这些方法。制、直接转矩控制这些方法。 控制系统发展趋势控制系统发展趋势n 日前，永磁同步电机的发展趋势主要有以下几面日前，永磁同步电机的发展趋势主要有以下几面: :n (1) (1)无位置传感器永磁同步电机驱动系统无位置传感器永磁同步电机驱动系统n (2) (2)具有磁场控制的永磁同步电机驱动系统具有磁场控制的永磁同步电机驱动系统n (3) (3)轮式永磁同步电机驱动系统轮式永磁同步电机驱动系统n (4) (4)动力传动一体化电机驱动系统动力传动一体化电机驱动系统 ( (电机、减速齿轮、传动轴电机、减速齿轮、传动轴) )n (5) (5)双馈电永磁同步电机驱动系统双馈电永磁同步电机驱动系统