摘要：在电动车用内置式永磁同步电机矢量控制系统中，对其恒转矩区控制性能的研究居多。而电动车实际运行工况复杂，对ipmsm的变速范围和转矩要求较高。针列这一现状，在分析ipmsm的数学模型的基础上，提出了一种新的电动车用内置式永磁同步电机弱磁控制算法，开展了全速域范围的ipmsm矢量控制研究。仿真结果表明该算法在宽调速范罔内动态性能良好，而日区间转换平稳，具有良好的响应特性。
    关键词：电动车；内置式水磁同步电动机；矢量控制；弱磁控制
1  引言
近年来，随着节能减排意识的增强，电动汽车的研制成为国内外一个研究热点。在电动汽车众多技术当中，电机及其驱动控制系统的研究是一个关键技术，许多学者开展r这方面的研究工作。在各种交直流电机中，内置式永磁电机(ipmsm)以其重量轻、体积小、效率高、具有弱磁扩速潜力等诸多优点，成为电动汽车驱动电机的理想选择。不少学者对电动汽车用ipmsm驱动控制技术展开了研究，这些研究工作主要包括两个方面：一方面是基速范同内ipmsm的控制策略的研究；另一方面是ipmsm的弱磁控制策略的研究。文献[6]研究了交流永磁同步电机伺服系统的线性化控制技术，文献[7]研究了基于端口受控哈密顿方法的pm：3m****转矩／电流控制方法，但这些文献的研究重点均为恒转矩区。基于弱磁扩速的基本思想，学者们提出了许多控制策略用于改善。文献[8]提出了单电流调节器控制算法，通过选择****直轴电压来改善永磁同步电机弱磁控制性能。文献[9]提出了一种6步电压法，通过****利用直流母线电压，来提高永磁同步电机弱磁控制性能。但这些论文的研究重点在于ipmsm的弱磁控制研究，忽略了恒转矩区研究，电机全转速范围的运用受到限制。
    实际应用中电动车对ipⅳ[sni的变速范围和转矩要求较高，既要研究其恒转矩区，同时也要对其弱磁控制进行研究，两个区域之间的切换也要满足平稳的要求。本文在前人研究的基础上，开展了全速度范围的ipmsm控制技术研究，在分析ipmsm理想数学模型的基础上，提出了一种新的ipmsm控制方法。该方法按ipmsm运行转速不同分为3个区间，分别用3种不同的策略对电流进行控制，并且通过搭建仿真平台对该控制策略进行了理论研究。理论和仿真结果显示该控制策略具有良好的电流、转矩和转速响应特性，满足电动车对ipmsm控制的基本要求。
    2  ipmsm的数学模型
为了分析lpmsm的瞬态和稳态性能，建立其d-q坐标系的数学模型是非常必要的，通过该模型可以分析电机的瞬态和稳态性能。本文沿用理想电机的一系列假设，即：忽略电机的铁芯饱和；不计电机的涡流和磁滞损耗；忽略漏磁通的影响等。d—q坐标系中ipmsm的数学模型如下．式中：ud，uq，id，iq分别为定子电压、电流的d，q轴分量；ld和lq分别为定子绕组的d，q轴电感(对于ipmsm，一般有：ld    由电机的电磁转矩方程可以看出，电机的输出转矩包含两个部分：永磁转矩和磁阻转矩。磁阻转矩是由转子不对称产生的，为了充分利用磁阻转矩，应使id    3控制策略
3．1恒转矩区****转矩电流比控制当电机转速低于基速w1时，电机处于恒转矩运行状态，即转矩保持不变。此时电机的损耗中铜耗所占的比例很大，采用****转矩电流比控制，可使电机铜耗最小，同时也减小了逆变器的损耗，提高了系统的效率。为了充分利用定子电流，问对于给定转矩．可求出对应的电流控制命令。最3．2弱磁控制电机的控制和运行与系统中为其供电的逆变器密切相关，电机的性能受到一定的约束。系统中存在****电压umax。和****电流imax的限制，使得：
    要分析永磁同步电动机的弱磁控制本质，就必须从电机的稳态电压方程着手。电机稳态运行时，电枢电阻远小于电枢电抗。在忽略电枢电阻的情况下，电机在d-q坐标系中的电压方程如下：
    要想继续升高转速只有靠调节id和iq来实现。通过调整id和i，在满足电压平衡关系的同时达到“弱磁”的效果。当电机转速超过基速ω1时，适当控制id，减小iq，使输出转矩减小，定子磁场减小，速度增加。如此控制时电流矢量轨迹为3．3****输出功率弱磁控制当转速增加达到ω2(ω2>ω1)时id将达到电机的****去磁电流imax，为继续增加转速iq需要进一步减小。另一方面，电机超过某一转速后，在任一给定速度下，在电机的电压极限椭圆上存在一点，该点的电机功率****。当ψf    9，0．01；8，0．06。模型中fcn的表达式为亦即式(7)，为电压限制条件。subsystem2为前面分析的电流给定算法。
    仿真波形如图2、图3所示，从中可以看出：
    在给定速度为3 ooo r／min时，电机按****转矩电流比策略运行，转矩保持恒定。id保持不变，i。在加速过程中保持不变，速度到达给定值时开始下降，最后保持不变。给定为5 000 r／min时，低速区的运行状况和给定速度为3000r／mln时类似。
    进入弱磁区后，id减小iq在电流约束范围内随之减小，转矩也相应减小；当id的幅值增加到电机的****去磁电流时，为进一步提速，iq继续减小，直至转速到达给定速度。仿真结果与前面的理论分析一致。
4仿真及结果分析
为了从理论上验证本文所提出ipmsm控制方法的效果，在simulink7．3的环境下搭建了仿真平台，如图1所示。仿真采用odel算法，步长为le一5。电机的参数分别为：定子电阻o．86 n；交、直轴电感分别为18 mh，14mh；磁链为0．205 wb；极对数为4。pid_id和pid～iq为2个pi调节器，经过多次试验，其p，i参数分别为：
    9，0．01；8，0．06。模型中fcn的表达式为亦即式(7)，为电压限制条件。subsystem2为前面分析的电流给定算法。
    仿真波形如图2、图3所示，从中可以看出：
    在给定速度为3 ooo r／min时，电机按****转矩电流比策略运行，转矩保持恒定。id保持不变，i。在加速过程中保持不变，速度到达给定值时开始下降，最后保持不变。给定为5 000 r／min时，低速区的运行状况和给定速度为3000r／mln时类似。
    进入弱磁区后，id减小iq在电流约束范围内随之减小，转矩也相应减小；当id的幅值增加到电机的****去磁电流时，为进一步提速，iq继续减小，直至转速到达给定速度。仿真结果与前面的理论分析一致。

    5  结论
    本文从ipmsm的d—q坐标系数学模型出发，提出了一种新的交直轴电流控制算法，搭建了相应的仿真平台。仿真结果证明了算法的正确性。该算法在全速范围内具有良好的动态性能，在区问切换的过程中过渡平滑，可为高性能ipmsm控制器设计提供借鉴。

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