本文關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)弱磁控制策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

中南大學(xué)

碩士學(xué)位論文

永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)弱磁控制策略研究

姓名：丁強(qiáng)

申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士

專業(yè)：控制科學(xué)與工程

指導(dǎo)教師：唐朝暉

20100518

摘要

由于城鎮(zhèn)化發(fā)展，城市交通日益擁擠，汽車交通造成大量環(huán)境污染。地鐵、城市輕軌以及電動(dòng)汽車近年來(lái)發(fā)展迅速，車輛電驅(qū)動(dòng)技術(shù)也因而越來(lái)越引起人們關(guān)注。其中永磁同步電動(dòng)機(jī)以其體積小、重量輕、效率高、功率密度大、低速輸出轉(zhuǎn)矩大、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為城軌交通電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流。由于永磁同步電機(jī)的激磁磁場(chǎng)不可調(diào)節(jié)，對(duì)其在有恒功率、寬調(diào)速范圍運(yùn)行要求的車輛電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)，引起了研究者的高度重視。

論文研究永磁同步電機(jī)的弱磁控制策略，提出了一種修正電流設(shè)定值的控制方法。該方法由兩部分組成：弱磁區(qū)域的確定和設(shè)定電流修正值的計(jì)算。電機(jī)運(yùn)行所在的弱磁區(qū)域由恒轉(zhuǎn)矩曲線方向和電流調(diào)節(jié)器輸出電壓遞減方向之間的夾角來(lái)確定，輸出電壓的遞減方向信息通過(guò)梯度下降法計(jì)算得到；設(shè)定電流修正值的大小根據(jù)該弱磁區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)矩、電壓變化量的方向信息和電流調(diào)節(jié)器輸出電壓與電壓設(shè)定值的差值來(lái)確定。該方法具有控制精度高、響應(yīng)速度快、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)。

論文對(duì)基于梯度下降法的弱磁控制策略進(jìn)行了理論分析，并在基于ＳＴＭ３２的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到了與理論分析一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明了本文所提出的控制策略的正確性和可行性，很好地實(shí)現(xiàn)了通過(guò)弱磁擴(kuò)展調(diào)速范圍。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；弱磁控制；電流設(shè)定值；梯度下降法

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｕｒｂａｎｉｚａｔｉｏｎ，ｃｉｔｙｔｒａ銜Ｃｂｅｃｏｍｅｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎｅｄ，ａｌｏｔｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓｃａｕｓｅｄｂｙａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｔｒａ伍Ｃ．Ｓｕｂｗａｙｓ，ｃｉｔｙ－ｔｒａｉｎｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓｈａｖｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｒａｐｉｄｌｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｄｒｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｖｅｈｉｃｌｅｓｈａｓｂｅｅｎｇｅｔｔｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎ．ＰＭＳＭｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇａｍａｉｎｓｔｒｅａｍｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒｔｈｅｉｒｍｅｒｉｔｓｓｕｃｈａｓｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｄｅｎｓｉｔｙ，ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓｉｍｐｌｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ｆｏｒｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｃａｌｌ’ｔｂｅｒｅｇｕｌａｔｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ，ｉｔｉｓａｃｈａｌｌｅｎｇｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｔｙｐｅｏｆｍｏｔｏｒｉｎｅｌｅｃｔｒｉｃｄｒｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｗｈｉｃｈｒｅｑｕｉｒｅｓｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｗｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｗｉｄｅｓｐｅｅｄｒｅｇｉｏｎ．Ｔ１１ｉｓｃａｔｃｈｅｓｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ’ｅｙｅｓ．

ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＰＭＳＭ，ａｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｄｉｆｙｉｎｇｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｔｔｉｎｇｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｗｏｐａｒｔｓ：ｏｎｅｉｓｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｒｅｇｉｏｎ；ａｎｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｔｔｉｎｇｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｒｅｇｉｏｎｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｔｏｒｑｕｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆｃｕｒｒｅｎｔｒｅｇｕｌａｔｏｒｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆ

ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｇｒａｄｉｅｎｔｄｅｓｃｅｎｔ

ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｔｔｉｎｇｉｓｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖａｒｉｍｉｏｎｔｏｒｑｕｅａｎｄｖｏｌｔａｇｅａｎｄｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｅｒｒｏｒａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｒｅｇｉｏｎ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｈａｓｈｉｇｈｃｏｎｔｒｏｌ

ｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ．

Ｄｅｐｅｎｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｎｔｈｅｇｒａｄｉｅｎｔｄｅｓｃｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ｂｙｄｉｎｔｏｆｔｈｅＳＴＭ３２ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆＰＭＳＭｉｓｂｕｉｌｔ

ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｓｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔ

ｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙａｎｄｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ，ｉｔｈａｓａｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｐｅｅｄｅｘｐａｎｓｉｏｎｗｉｔｈｆｌｕｘｗｅｎｋｅｎｉｎｇ．

ＷＯＲＤＳ：ＰＭＳＭ；ｆｌｕｘｗｅａｋｅｎｉｎｇ；ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｅｔｔｉｎｇ；ｔｈｅｇｒａｄｉｅｎｔｍｅｔｈｏｄＩＩｖｏｌｔａｇｅｏｆｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎ、ｆａｓｔｂａｓｅｄｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｓｇｏｏｄＫＥＹｄｅｓｃｅｎｔ．

原創(chuàng)性聲明

本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我共同工作的同志對(duì)本研究所作的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明。

作者簽名：ｌ選日期：蘭！�。∧辍辉卤O(jiān)日

學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書

本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國(guó)家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)�？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。作者簽名：—工址導(dǎo)師簽名鼻博日期：絲年』月監(jiān)日

中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論

第一章緒論

１．１論文研究背景及意義

本課題來(lái)源于中國(guó)北車集團(tuán)大連電力牽引研發(fā)中心與中南大學(xué)合作項(xiàng)目。該課題面向現(xiàn)代交流調(diào)速控制領(lǐng)域，進(jìn)行理論研究和工程實(shí)踐，主要針對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)（ＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒＰＭＳＭ）交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)及其弱磁控制進(jìn)行研究，研究弱磁控制性能改進(jìn)及控制策略，使現(xiàn)代交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)能更好地服務(wù)于交通運(yùn)輸、工業(yè)控制和民用設(shè)施等應(yīng)用場(chǎng)合【ｌ】。

由于稀土永磁材料和電子功率器件的發(fā)展，近年來(lái)，永磁同步電動(dòng)機(jī)獲得了廣泛研究和應(yīng)用【２】。弱磁控制成為永磁同步電機(jī)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。一方面是材料技術(shù)的發(fā)展，高剩磁密度噩和高矯頑力見(jiàn)的永磁材料應(yīng)用于電機(jī)，電機(jī)在相當(dāng)大的程度上已經(jīng)不怕電樞反應(yīng)的去磁作用，允許在直軸上流過(guò)較大的去磁電流。另一方面為了使電機(jī)運(yùn)行于高速區(qū)，拓寬電機(jī)系統(tǒng)的調(diào)速范圍ｆ３】。在電壓型逆變器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)系統(tǒng)中，電機(jī)端電壓不可能提高的情況下，減弱電機(jī)磁場(chǎng)使電機(jī)轉(zhuǎn)速升高的方法一弱磁控制，可以使電機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速以上。在很多牽引和紡織驅(qū)動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合中，需要恒功率控制和寬調(diào)速范圍運(yùn)行，因此，電機(jī)的弱磁控制日益倍受關(guān)注【４。。

隨著變頻技術(shù)的日趨完善，永磁同步電動(dòng)機(jī)和變頻控制實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，使永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)已越來(lái)越明顯。特別是稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)，采用高性能稀土永磁材料為同步電機(jī)產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)，使電機(jī)的運(yùn)行效率和功率因數(shù)大幅度提高【５】。并且該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速精度高，調(diào)速比大，輸出特性硬，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。此外，系統(tǒng)還具有恒轉(zhuǎn)矩輸出和轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載波動(dòng)的特性。通過(guò)變頻器有效控制，可使其輸出轉(zhuǎn)速保持恒定，在某些機(jī)械傳動(dòng)中去掉減速器，這無(wú)疑給整個(gè)機(jī)械制造帶來(lái)一場(chǎng)新的革命。但是，由于永磁同步電動(dòng)機(jī)采用永磁體勵(lì)磁，磁場(chǎng)恒定，永磁體勵(lì)磁強(qiáng)度也就不可調(diào)節(jié)，在基速以上的恒功率運(yùn)行區(qū)域，隨著轉(zhuǎn)速升高，由于供電電壓的限制及電流控制器的飽和影響，，破壞了永磁同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩性能，因而無(wú)法運(yùn)行到較高的轉(zhuǎn)速，限制了其應(yīng)用范圍。必須進(jìn)行弱磁控制。因此，充分發(fā)揮永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高效率的特長(zhǎng)，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓寬其調(diào)速范圍，提高基速以上區(qū)域系統(tǒng)的運(yùn)行效率是變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要研究方向【６】。

電動(dòng)汽車對(duì)于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求是：低速時(shí)能輸出恒定轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)快速起動(dòng)、加速、負(fù)荷爬坡等要求，高速時(shí)能輸出恒定功率，能有較寬的調(diào)速范圍，適應(yīng)高速行駛，超車等要求。較強(qiáng)的弱磁性能能夠在逆變器容量不變的情況下提高

  本文關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)弱磁控制策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。