一种基于磁链规划的永磁同步电动机控制方法
刘春光，臧克茂，赵玉慧（装甲兵工程学院，北京100072）
摘要：提出了一种基于磁链规划的电动坦克用永磁同步电动机矢量控制方法，充分利片j逆变器容量的****转矩控制算法以满足电动坦克的动力要求，并采用基于磁链的效率优化算法提高系统效率：最后仿真验证了该方法的实用性和有效性。
关键词：永磁同步电动机；磁链规划；效率优化；仿真
中图分类号：TM341 文献标识码：A 文章编号：1004 -7018( 2008) 09 -0038 -04
0引 言
电动坦克驱动电机需要在低速或爬坡时输出高转矩，并能在很宽的速度范围内平滑地调节速度和转矩，因此要求具有较强的弱磁能力：内置式永磁( IPM)同步电机有效气隙较小，电枢反应的影响很大，意味着定子电流对弱磁有更强的影响，使得电机可以在基速之上运行，适用于电动车辆应用场合。
传统的IPM电机速度控制，通常在基速以上采用直轴电流负反馈补偿方法进行弱磁。它没有实现对电机的定子磁链控制，系统动态性能和整体效率不能达到****。而定子磁链定向的矢量控制方法虽然提高了动态性能，但其采用恒转矩控制和弱磁控制两种模式动态切换的控制结构，工作模式的平滑过渡成为难直，同时系统整体效率仍未得到相应地深入研究。
本文在分析永磁同步电动机弱磁控制原理的基础上，从磁链控制的角度人手，提出了一种基于磁链规划的电动坦克用驱动电机控制方法，动态时采用恒转矩区和弱磁区的归一化控制方案，避免了恒转矩控制和弱磁控制之间的切换问题，进入稳态后采用基于磁链的效率优化算法，提高系统整体效率，并采用Matlab/Simulink进行了仿真验证。
1永磁同步电动机定子电流矢量控制
1.1永磁同步电机矢量控制原理
在d、q旋转坐标系下，IPM的动态电压方程为：
式中：us、is和ψs。分别为定子电压、电流和磁链，d、q分别表示定子的d、q轴分量；Ld、Lq分别为定子绕组的d、q轴电感ωe。为转子电角速度；ψf为转子永磁磁链；p为电机极对数；p=d/dt微分算子。
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(3)中可以看出，电动机的转矩取决于定子电流的控制矢量is，而is的大小和相位取决于id和iq通过这两个电流的独立拉制，实现电动机的转矩和转速的控制。
1.2电流矢量控制算法
采用****转矩／电流原理控制IPM电机，能使电气损耗降到最小，系统对逆变器额定功率的要求降到****，即逆变器的效率达到****。
令id=iscosθ，：iq=。issinθ，日为定子电流矢量与d轴夹角。将上式代人式(3)，对日求偏导，并令其等于零。即：
解得直、交轴电流满足下式：
电流矢量运行轨迹如图1所示。这种控制算法在恒转矩区域有效，其中逆变器的PWM控制用于实现给定的电流控制。
电机高速稳态运行时，忽略定子电阻压降，由式(1)、式(2)，有：
在实际控制系统中，电机相电压的极限值ulim和相电流极限值ilim。要受到逆变器直流侧电压和逆变器****输出电流的限制。随着电机转速的增加，电机端电压（成比例）增加，最终PWM控制器达到饱和状态，定子电压达到峰值。如果要求继续升速，就要利用电枢反应削弱定子磁链砂。，电机进入弱磁区域，并满足：
式中：ulim为电压极限值。
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