Page 203 - 电气自动化控制技术研究

第七章 现代电机控制技术研究

面式永磁同步电机功率因数下降很快，负载能力不足，不能满足电动汽车对较高时速设计

的要求。内置式永磁同步电机的永磁体位于转子内部，有更加坚固的转子结构，适合运行
于高速场合。由于转子具有不对称的磁路结构，电机除永磁转矩外，还会产生磁阻转矩，
在高速运行过程中可以拥有更高的动态性能，以满足更大的负载转矩，且易于实现弱磁控

制，可以极大拓宽电机的调速范围。

四、永磁同步电机控制策略的发展趋势

随着环境与资源的日益紧张，节能高效的概念已经贯彻到各个行业。对于永磁同步电
机而言，具体表现在：节约成本、提高效率。要达到这些目标，不仅对电机的设计以及加

工制造提出了更高的标准，对电机控制系统更是提出了高的要求。如何通过对控制策略的
改进来提高永磁同步电机的性能成了国内外学者的研究重点和难点。
（一）动态响应性能的提高

通过磁场定向将空间矢量等效为直流量，实现了交流电机的解耦控制，提高了控制精
度。但是矢量控制里牵涉的大量运算以及坐标变换，对电机参数的变化敏感，影响了整个
系统的响应速度和精度，如何同时提高精度和响应速度成为对矢量控制算法改进的方向。

其中山东大学于海生将永磁同步电动机看作二端口的能量变换装置，基于能量成形方法
和端口受控哈密顿 (PCH) 系统原理，从而更精确地分析了永磁同步电机的建模。Jang-Mok
Kim 综合考虑电流、电压限制，推导出在恒转矩区采用最大转矩 / 电流控制策略及弱磁区

转矩输出最大化的计算公式，通过电压控制外环对弱磁运行的去磁电流分量和转矩电流限
幅值进行动态调节，以保证电流跟踪特性。Gallegos-Lopez,G. 提出的电流分配算法，d 轴

电流在恒转矩区由最大转矩 / 电流曲线查表获得，在弱磁区受电压控制环作用，q 轴电流
指令根据转矩指令、d 轴反馈电流和电压矢量相角控制共同确定，可保证弱磁区的最大转
矩输出能力，但设计复杂，仅电流分配模块就增加了两个 PI 调节器，系统的稳定性没有

进一步的探讨。针对系统恒功率运行电流失控的问题，采用电压前馈解耦方法消除交叉耦
合电压的影响，Morimoto.S 提出一种电压指令补偿算法优先保障 d 轴电流响应，提高了弱

磁区的动态响应特性。上海大学陈钱春根据电机在不同转速段运行时的转矩特性，考虑逆
变器输出电压限制及电机电流约束条件，以全速范围转矩输出最大化为目标，提出一种新
的电流控制策略。

（二）无位置传感器控制技术
为了实现 PMSM 高精度、高动态性能，需要知道转子的位置和速度，通常是通过安装
机械式传感器来实现。但传感器的存在增加了系统的成本，限制了 PMSM 在一些特殊场合

的应用。为了克服使用机械传感器给系统带来的缺陷，无传感器控制技术便成了直接转矩
控制技术领域中的一个研究热点。对于 PMSM 无传感器控制的实现，国内外很多学者已经
作了大量的研究工作，提出了切实可行的方法。根据无传感器 PMSM 转子位置自检测方法

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