電動汽車用永磁同步電機控制系統(tǒng)設計

1、電動汽車用永磁同步電機控制系統(tǒng)設計碩士學位論文電動汽車用永磁同步電機控制系統(tǒng)設計Design of permanent作者姓名magnet synchronous motor control指導教師system for electric vehicle學科專業(yè)控制工程二0一五年六月23摘要本文在開始先介紹了研究電動汽車的背景及其意義，并介紹了電動汽車在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，然后從電動汽車的燃油經(jīng)濟性，驅(qū)動性，安全性及舒適度，三個方面分析了電動汽車比其他燃料汽車存在的優(yōu)越性。電動機是電動汽車的核心部件，本文中從其驅(qū)動方式把電動機分為四大類，直流有刷電動機，永磁同步電動機，永磁無刷直流電動機和開關磁阻

2、電動機。本章從工作原理與性能方面分析了，這四種電動機各存在的優(yōu)點和不足。從中得出永磁同步電動機是電動汽車比較理想的選擇。本文剛開始介紹了永磁同步電動機PMSM的三種不同的控制方式，恒壓頻比控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制，并從三者之間比較得出， PMSM采用直接轉(zhuǎn)矩控制 DTC的方式有著比其他兩者更好的穩(wěn)定性。隨后從永磁同步電動機PMSM的結(jié)構(gòu)及其特點，分析了其優(yōu)越性，并建立數(shù)學模型，根據(jù)空間矢量坐標關系推導出PMSM的在各坐標系下DTC的原理。本章分析了定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的估算和滯環(huán)控制，通過其原理研究了開關表控制的方式，并對 PMSM的直接轉(zhuǎn)矩控制DTC的 Matlab/Simulink仿真，

3、最終得出了DTC較其它控制方式的穩(wěn)定性。其次分析了永磁同步電機PMSM的直接轉(zhuǎn)矩控制DTC存在的諸多缺點，并提出基于 SVM技術的 SVPWM的控制方式，即空間矢量調(diào)制 DTC控制策略，通過 Matlab/Simulink 仿真，得出 SVPWM比 PMSM DTC有著更好的穩(wěn)定性。TI 公司推出的 TMS320F2812 DSP芯片的控制系統(tǒng)設計，從硬件電路的設計和軟件的設計， 兩個方面研究了該芯片。 DSP硬件方面包含了智能模塊的自保護特性，并設計了檢測電路，保護電路，驅(qū)動電路和 CAN通信等模塊，軟件系統(tǒng)方面分析了，其初始化流程圖，接收流程圖等。關鍵詞：永磁同步電機；直接轉(zhuǎn)矩控制；DSP

4、；SVPWMIAbstractInthispaper,wefirstintroducethebackground and significanceof theresearchofelectricvehicles,andintroducesitspresentsituationof development at homeandabroad,andfromthefueleconomyanddriving, safety and comfort, three aspectsanalysistheadvantagesofelectricvehiclesthanother fuelvehiclesexi

5、st.Asthe motor of the core components of electricvehicles, from the drive motor is dividedinto four categories, DC brushless motor,permanentmagnetsynchronousmotor,permanentmagnetbrushlessDC motorandswitchedreluctancemotor.Thischapteranalyzes the advantages and disadvantagesof these four motor in the

6、 aspects of theworking principle and performance. It isconcludedthatthepermanentmagnetsynchronous motor PMSMas the core component of electric vehicle, is the ideal choice of the motor vehicle. In this chapter, threeIIdifferent controlmodes, constantfrequencyratiocontrol,vector controlanddirecttorque

7、controlofPMSMare introduced.Andthe comparisonbetween the three,the directtorquecontrolDTChas better than theothertwo.Then, the structure and characteristics of PMSM are analyzed, and the advantages of PMSMPMSMare analyzed, and its mathematicalmodel is established. According to the space vector coord

8、inate, the mathematical model of PMSM is deduced and the principle of DTC is analyzed. In this chapter, thestator flux linkage and the magnetic torque estimation and the hysteresis control are analyzed, and the research methods of the switching table control are studied by theprinciple. The Matlab/S

9、imulink simulation of the direct torque control DTC of PMSM is demonstrated, and the advantages of the DTC control mode stability are proved.IIISecondly,the disadvantagesofthePMSMdirecttorquecontrolDTC, thefluxlinkage,thelargetorqueripple,andthepoorperformanceofthecontrolsystemareanalyzed. The contr

10、ol mode of SVPWM basedon SVMtechnologyisproposed,that is,therealization of the space vector modulationDTCcontrolstrategy.ThroughthesimulationofMatlab/Simulink,SVPWMhasbetter stability than PMSM-DTC.At last,the design of the controlsystem ofDSPTI chip isintroduced, and thedesignofthe hardware circuit

11、 and the design of thesoftwarepartarestudied.Thechipisdescribedintwoaspects.DSP hardwareincludes the self-protection of the smartmodule,andthedetectioncircuit,protection circuit, driver circuit and CANcommunication module. The software systemanalysis,and its initializationflow chart,receiving flow c

12、hart and so on many parts.IVKey Words： permanent magnet synchronous motor; direct torque control；DSP；SVPWMV目錄摘要 .I1.緒論.11.1論文的研究背景和意義 .11.2電動汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .21.2.1電動汽車國外發(fā)展狀況 .21.2.2電動汽車國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 .31.3電動汽車優(yōu)越性.41.3.1提高燃油經(jīng)濟性 .41.3.2提高驅(qū)動性 .41.3.3提高安全性和舒適度 .41.4驅(qū)動電動機的工作原理與性能比較51.4.1直流有刷電動機 .61.4.2永磁同步電動機 .61.4.3

13、永磁無刷直流電動機 .61.4.4開關磁阻電動機 .61.5永磁同步電動機的多種控制策略 .71.5.1恒壓頻比控制 .71.5.2矢量控制 .71.5.3直接轉(zhuǎn)矩控制 .81.6本論文的的主要工作及安排 .81.6.1主要研究工作 .81.6.2論文安排 .82.電動汽車 PMSM系統(tǒng)研究 .82.1永磁同步電機 .92.1.1永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)和特點 .92.1.2永磁同步電動機的數(shù)學模型.112.2直接轉(zhuǎn)矩控制實現(xiàn) .152.2.1定子磁鏈的估算和滯環(huán)控制.162.2.2電磁轉(zhuǎn)矩的估算與滯環(huán)控制.172.2.3開關表的研究 .182.3直接轉(zhuǎn)矩控制 MATLAB仿真 .193.SVPW

14、M 研究 . .243.1引言.243.2SVM技術用于永磁同步電機的直接轉(zhuǎn)矩控制 .243.2.2SVPWM 技術研究 .253.2.3電壓幅值研究 .293.2.4電壓矢量的分區(qū) .313.3SVPWM的 MATLAB仿真 . .344. TMS320F2812 DSP 控制系統(tǒng)的設計 .364.1控制系統(tǒng)整體設計 .364.2硬件電路設計 .374.2.1DSP 最小系統(tǒng)設計 .374.2.2智能功率模塊的自保護特性.404.2.3檢測設計電路 .424.3軟件系統(tǒng)設計 .465. 工作總結(jié)與展望 .515.1總結(jié).515.2展望.51參考文獻.52遼寧工程技術大學碩士學位論文緒論本章節(jié)

15、開始論述了電動汽車的研究背景，意義及其發(fā)展的現(xiàn)狀，并對傳統(tǒng)汽車與電動汽車的燃油經(jīng)濟性，驅(qū)動性，安全性及舒適度進行對比，證明了電動汽車的優(yōu)先性，另外把多種驅(qū)動電動機在工作原理和性能進行比較，得出永磁同步電動機更適合電動汽車，并分析了永磁同步電動機的三種控制策略，證明永磁同步電動機，直接轉(zhuǎn)矩控制是最比較好的選擇。11.1論文的研究背景和意義人類活動對我們周圍的環(huán)境造成了一定的影響，這樣就出現(xiàn)了環(huán)境問題，環(huán)境問題對我們的生產(chǎn)和生活也有影響，目前人類知道的環(huán)境污染有主要有多種：全球變暖，酸雨，淡水資源危機，土地荒漠化，物種加速滅絕，有毒化學品汽油和柴油。汽車用燃料燃燒后，產(chǎn)生的尾氣中，成分非常復雜，達

16、有 100 種以上，尾氣危害著人類生存健康，對人類生活的環(huán)境產(chǎn)生深遠的影響。正是由于能源與環(huán)境存在的很多問題，才使人類認識到，電動汽車應該代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃料汽車，這樣就會對環(huán)境的改善做出貢獻。電動汽車主要是運用電能驅(qū)動，而電能是清潔能源，不會對大自然帶來，諸如溫室效應，環(huán)境污染等問題，而且電能的利用率比傳統(tǒng)的汽車高很多?，F(xiàn)在很多能源都可以轉(zhuǎn)換成電能，如水能，風能，潮汐能，等等，如若在晚上，給電動汽車進行充電，就可以充分的利用電能。下圖給出了汽油機車輛，柴油機車輛及電動汽車所排放的有毒有害氣體的比較。如圖 1.1120100%80CO/放60H排對N相40SO200汽油機車輛柴油機車輛電動汽車輛圖

17、1.1各種車輛全部有害排放物的比較由上圖 1.1 可見，傳統(tǒng)的汽油，柴油汽車所排放的污染物，如 CO等有害物很多，如果不經(jīng)過處理，就這樣隨便排放到我們的環(huán)境中，勢必會對我們的周圍環(huán)境帶來很大的危害，如果這些有害物質(zhì)被人類吸入的話，就會對人類的生存也會帶來危險，而且電動汽車還有一個很大的優(yōu)勢，就是不會產(chǎn)生太大的噪1遼寧工程技術大學碩士學位論文聲。燃油車的發(fā)動機由復雜的機械傳動裝置組成，在發(fā)動機啟動，運行，加速的環(huán)節(jié)，會造成很大的噪聲污染，而電動汽車就可以極大的避免了大噪聲的發(fā)生。1.2電動汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)代的電動汽車發(fā)展了100 多年，已經(jīng)不是以前單一的技術，現(xiàn)代的電動汽車是以電池為主要動力

18、源，驅(qū)動來源主要是電，在進入 20 世紀以來，人類在電力電子，自動控制等方面的技術，已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，現(xiàn)代的電動汽車包含了各種各樣的工程技術于一身?，F(xiàn)在的電動汽車主要可以分為以下幾大類型：純電動汽車，燃料電動汽車，混合動力電動汽車。電動汽車國外發(fā)展狀況在日本，美國，歐洲等許多發(fā)達國家，人類對環(huán)境的破壞越來越嚴重，所以國家政府對燃料汽車的排放要求也越來越苛刻，因此各國政府對相關的汽車廠家也投入了很多的人力，物力，財力，來促使汽車生產(chǎn)廠家開始對電動汽車的研發(fā)投入了很多技術，并且對電動汽車的使用者采取鼓勵政策。這樣從國家，廠家，買家三方面采取相關的措施，促使電動汽車進一步的發(fā)展。(1) 日本。三

19、菱汽車公司于 2009 年量產(chǎn)型電動汽車的生產(chǎn)，其使用鋰離子電池屬全世界首次的。輕型汽車“i”的車體內(nèi)搭載有永磁同步電動機及質(zhì)量為 200kg 的蓄電池組，一次充電不使用空調(diào)的情況下可以行使120km，使用空調(diào)的話可以行使100km。開始初期主要賣給公司等法人單位，2010 年 4 月開始向個人預定銷售，如果可能的話，這將是一般駕駛員可以購入的初次的真正的電動汽車。日本汽車公司已經(jīng)在2010 年后半年將其新研發(fā)的電動汽車LEAF投入市場。 LEAF 使用了薄板型緊合鋰離子及輸出了功率為80kw 的電動機。有關電動汽車的特性還沒有完全統(tǒng)一的標準，所以比較很難，但是可以認為和三菱的 i-MiEV

20、相比，能量裝置和功率裝置的性能應該在其23 倍。因此，日產(chǎn)說“可以達到和過去的汽油車同等的快速反應和駕駛舒適性”。其發(fā)表的行使距離為充滿電情況下160km?？梢哉f制造商在加快充電速度方面也下了很大功夫，今后如果在各地配置像汽油加油站那樣的快速充電器的話，在 30min 內(nèi)就可以將電池由 0 充到 80%。新型汽車級公司三菱 i-MiEV 的車輛本體價格很低，即使在有國家和地區(qū)自治體的補助金，實質(zhì)上也還得200 萬日元一臺，和汽油車的“ i”相比大約是其兩倍以上。(2) 美國。美國在很早以前就開始對電動汽車的資助，并與1976 年，立法，補貼的手段刺激本國對電動汽車的發(fā)展。早在 1900 年美國

21、加州已經(jīng)頒布了防止大氣污染的限制性法令，其要求在隨后的幾年里，加州不斷的提高新電動車的銷售量所占的比重。正是由于美國法規(guī)的推行，促使電動汽車慢慢的生產(chǎn)和應用，此后，美國還陸陸續(xù)推出了很多鼓勵性的政策，來促進廠家生產(chǎn)電動汽車從而加速了美國電動汽車的產(chǎn)業(yè)的進程，并且多家公司簽訂協(xié)議，一起聯(lián)合研究新型電動汽車電池。從而使鈉硫電池代替了原始的鉛酸電池。2遼寧工程技術大學碩士學位論文(3) 歐洲。歐洲對環(huán)境污染看的很重，也對節(jié)能減排很重視，因此歐洲各國頒布了相關法令，來推動電動汽車的研發(fā)，生產(chǎn)和銷售的進程。德國政府早在1994 年就開始給電動汽車廠家投入補助1.5 億馬克，隨后進一步 UI 新一代電動汽

22、車試驗實行補助，低息貸款及減稅等優(yōu)惠的政策，早在 20世紀 80 年代，就已經(jīng)開始了生產(chǎn)大型電動客車。德國政府目標2020 年成為全球第一大電動汽車生產(chǎn)廠家。法國政府在很早就在政策上支持和鼓勵開發(fā)電動汽車技，并為電動汽車的生產(chǎn)提供很大的資助，政府和多家電動汽車企業(yè)簽署協(xié)議，共同研發(fā)，生產(chǎn)電動汽車，早在 1990 年標志與雪鐵龍公司就投入兩款電動汽車進行生產(chǎn)，并在 20 多個城市率先使用電動汽車，而且政府讓政府單位先使用電動汽車，還有可以免第一年的稅，給生產(chǎn)廠家進行一定的補助等多個好的政策。因此，法國在全世界電動汽車的使用率排在前列。英國電動汽車的生產(chǎn)技術和電動汽車的使用量最為廣泛，其歷史已經(jīng)可

23、以追溯到到 50 多年以前，英國著名的汽車設計公司早在1979 年就開始研發(fā)電動汽車，英國政府頒布了很多惠明政策，如免收各種稅款，夜間充電電費減半等。其他國家和地區(qū)對已經(jīng)對電動汽車的技術展開研發(fā)和生產(chǎn)。電動汽車國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)電動汽車的研究起始也比較早，但是規(guī)模比較小，投入也比較少，自20 世紀 80 年代開始，我國政府比較重視電動汽車的發(fā)展， 于是把電動汽車的研發(fā)列入國家發(fā)展計劃，于是國內(nèi)各高校和汽車生產(chǎn)廠家陸續(xù)開始研究電動汽車，如清華大學，華南理工大學，東風汽車公司，都開始研究工作，但與國外電動汽車還有很大差距。幸福使者電動汽車就是天津清源電動車輛公司生產(chǎn)的，其運用了純電動汽車技術。它搭載

24、優(yōu)質(zhì)電動機并裝配經(jīng)優(yōu)化匹配設計的進口電動機控制器，動力強勁，采用國內(nèi)頂級優(yōu)質(zhì)鉛酸蓄電池，其符合環(huán)保，節(jié)能的理想效果理念。我國首款批量生產(chǎn)的電動汽車是被譽為國內(nèi)純電動“第一車”的眾泰 2008EV純電動乘用車，其在最大功率，最高時速，續(xù)航里程都有了很大提升。國內(nèi)第二款新能源汽車是奇瑞公司推出的純電動汽車 S18，其搭載了驅(qū)動系統(tǒng)， 磷酸鐵鋰電池都對電動汽車的性能有所提升。 S18 充電電壓為民用 220V 電壓，充電 46 小時，可以充滿 80%的電量?！俺揭惶枴笔俏覈牡谝惠v燃料電池轎車，其生產(chǎn)并驗收于 2003 年，連續(xù)行駛 210km，最高時速為 110km/h，這一燃料汽車的推出，大大

25、縮短了同世界先進國家的差距。在混合動力轎車領域，我國的第一汽車集團公司生產(chǎn)的奔騰轎車是“ 863” 計劃資助的新一代車型，其具有節(jié)能和環(huán)保的性能。F3DM ，F(xiàn)6DM是比亞迪公司于 2009 年初推出的雙模電動轎車， 在日內(nèi)瓦和底特律車展上一亮相，就引起國內(nèi)外媒體的關注，而且在關鍵動力電池技術上，領先于美國通用和日本豐田等品牌汽車。在鐵動力電池領域，獲得了很多國內(nèi)外專利。近幾年，我國開始重視電動汽車的研究和開發(fā)工作，在 2001 年，科技部把電動汽車重大專項論證會列為我國“十五” “863”計劃，此計劃標志著電動汽3遼寧工程技術大學碩士學位論文車開發(fā)專項正式啟動，對我國汽車產(chǎn)業(yè)有很大意義，并計

26、劃于2011 年，生產(chǎn) 20萬輛純電動車，混合動力汽車等新能源汽車。隨著國家對電動汽車行業(yè)的逐步重視，各大汽車生產(chǎn)廠家也加大對電動汽車研發(fā)和生產(chǎn)的投入，慢慢形成了一大產(chǎn)業(yè)，我國政府的政策也開始對電動汽車傾斜，各大廠商展開合作，共同研究電動汽車這一大新興產(chǎn)業(yè)。與此同時，電動汽車中的很多重要的組成部分，如電池，電機等也加大了投入和研究。我國經(jīng)過這些年的不懈努力，我國電動汽車行業(yè)也有了很大提升。1.3電動汽車優(yōu)越性電動汽車用電驅(qū)動，傳統(tǒng)的燃油汽車使用的是汽油或柴油，從轉(zhuǎn)換率來講，用電驅(qū)動有著更高的變換效率，并且電動汽車還有很多的優(yōu)點，例如，燃油經(jīng)濟性，驅(qū)動性，安全性和舒適度。另外由于環(huán)境污染越來越嚴

27、重，成為了不容忽視的問題，因此電動汽車在未來有很多的發(fā)展空間，在很大程度上，可能代替燃油汽車的發(fā)展空間。提高燃油經(jīng)濟性汽車在運行的時候，輪胎有一個向前的速度，在轉(zhuǎn)彎的時候，也有一個轉(zhuǎn)彎的旋轉(zhuǎn)力，而這相當于空轉(zhuǎn)，因此，現(xiàn)在只傳遞了 60%的動力， 40%在滑轉(zhuǎn)，我們汽車的轉(zhuǎn)速，就有一部分損耗在了汽車的轉(zhuǎn)彎的部分，這和實際的車速還是有很大的區(qū)別的。據(jù)此，發(fā)現(xiàn)兩者之間有很大的差別。而這個差值就會讓我們浪費很多的能量，輪胎摩擦生熱，并且會在一定程度上，對輪胎有磨損 3 ，解決這個問題的辦法是運動控制，檢測驅(qū)動和車輪速度，當滑轉(zhuǎn)的時候，就降低轉(zhuǎn)矩，這樣無效運動就會降低，可以將損失降低很多。使用運動控制效

28、果確實可以顯示。另外，電動汽車是利用電來驅(qū)動的設備，而傳統(tǒng)的燃油汽車，使用的是化學能，燃燒推動發(fā)動機運轉(zhuǎn)，這樣它的轉(zhuǎn)化率很低，電直接驅(qū)動電動汽機效率很高。提高驅(qū)動性由于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機體積大，其小型化有一定難度，還需要設置冷卻和排氣系統(tǒng)，而電動汽車的發(fā)動機是電動機，體積很小，這樣電動汽車就可以安裝多個電動機，他們直接只需幾根電線來連接。這樣就可以在每個車輛安裝一臺電動機，使電動汽車四輪獨立驅(qū)動成為可能，在進入彎道時，電動汽車不同的發(fā)動機就可以用輸出不同的轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)，這樣就就提升了其驅(qū)動能力。提高安全性和舒適度電動汽車使用的電動機精確控制車輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩只需檢測電動機的電流值，而傳統(tǒng)的燃料汽車，則

29、非常困難，如果能夠控制發(fā)動機發(fā)生的轉(zhuǎn)矩，就可以估算出車輛的運行路面狀態(tài)，并提出警示，根據(jù)路面狀況的最優(yōu)控制也可能的，這樣就會進一步設計更安全，更舒適的汽車，而傳統(tǒng)的燃料汽車則不能實現(xiàn)這4遼寧工程技術大學碩士學位論文樣的功能。通過燃料的比較可以看出電動汽車的燃料費比汽油車還便宜。表 1.1 燃料費的比較種類條件每千米的燃料費電動汽車夜間電費12 日元通常電費310 日元汽油車1L燃料行駛 24 日元距離為 5 km1L燃料行駛 12日元距離為 10 km1L燃料行駛 8日元距離為 15 km1L燃料行駛 6日元距離為 20km1.4驅(qū)動電動機的工作原理及性能比較電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車最關鍵

30、的子系統(tǒng)，擔負著將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，并通過傳動裝置（或直接）將能量傳遞到車輪進而驅(qū)動車輛按照駕駛員意志行駛的重任。電動機是驅(qū)動系統(tǒng)的心臟。電動機的選擇是否合適決定著驅(qū)動系統(tǒng)的性能的好壞，電動汽車設計的基礎是電動機的選擇。根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)對電動機的要求，可以把驅(qū)動電動機分為：直流有刷電動機，永磁同步電動機，永磁無刷直流電動機和開關磁阻電動機。在最早的時候，電動汽車選擇的電動機一般都采用直流電動機，因為它結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但隨著人類科學技術的發(fā)展，比直流電動機更優(yōu)越的電動機出現(xiàn)，如就交流電動機，永磁同步電動機，開關磁阻電動機等，很有可能代替直流電動機。5遼寧工程技術大學碩士學位論文直流有刷電動機早期電

31、動汽車有蓄電池供電， 采用的是直流有刷電動機， 其主要優(yōu)點是控制簡單，技術成熟，具有優(yōu)良的控制特性，即使到現(xiàn)在仍有一些電動汽車使用直流電動機來驅(qū)動。雖然直流有刷電動機有著上面所述的優(yōu)點，但是由于其電刷及換向器，對電機的速度和負載能力有一定的影響，特別是長時間運行，直流電動機的電刷和換向器不得不進行維護，特別由于轉(zhuǎn)子的損耗，是直流電機很難散熱，對電機轉(zhuǎn)矩的提高有一定的影響，并且電機的維護麻煩，轉(zhuǎn)換效率低，由于直流電機的電刷和換向器容易產(chǎn)生火花，會生成電磁干擾，限制電機的轉(zhuǎn)速及電壓，因為上述直流有刷電動機的缺點，最新研制的電動汽車已很少使用直流有刷電動機了。永磁同步電動機永磁同步電動機（ Perm

32、anet Magnet Synchronous Motor，簡稱 PMSM ）與感應電動機不同，永磁同步電動機不需要無功勵磁電流，可以明顯的提高功率因素，并減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩(wěn)定運行時沒有過多的因運行時電阻損耗，進而降低了由于電流產(chǎn)生的損耗，降低了溫度的產(chǎn)生，可以降低風扇的安裝或徹底去掉風扇，從而提高了永磁同步電機的效率。永磁同步電動機要保持比較高運行效率及輸出功率因素，只需要15%120%較大范圍內(nèi)就可以了，如果在負載很小的情況下，運行的效率就會更好，相同5 。永磁無刷直流電動機永磁無刷直流電動機是一種高性能的電動機。 它的最大特點就是具有直流電動機的外特性而沒有換向器和電

33、刷組成的機械接觸結(jié)構(gòu)。另外，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵磁損耗；發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無刷直流電動機沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長，運行可靠，維修簡便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可在每分鐘以高達幾十萬轉(zhuǎn)的速度運行。永磁無刷直流電動機與其他電動機系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動汽車中有著很好的應用前景。永磁無刷直流電動機受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電動機的功率范圍較小。永磁材料在受到振動，高溫和過載電流作用時，其導磁性能可能會下降或發(fā)生退磁想象，將降低永磁電動機的性能，嚴重時還會損壞電動機，在

34、使用中必須嚴格控制，使其不發(fā)生過載。永磁無刷直流電動機在恒功率模式下，操縱復雜，需要一套發(fā)展的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流電動機的驅(qū)動系統(tǒng)造價很高。開關磁阻電動機開關磁阻電動機是一種新型電動機， 具有很多明顯的特點： 它的結(jié)構(gòu)比其他任何一種電動機都簡單，在電動機的轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)，繞組和永磁體等，只是在定子上有簡單的集中繞組，繞組的端部很短，沒有相間跨線，維護修理容易，6遼寧工程技術大學碩士學位論文因而可靠性好， 轉(zhuǎn)速可達 15000r/min ，效率可達 85%93%開關磁阻電動機轉(zhuǎn)子無永磁體，可允許較高溫升。調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩 - 速度特性，而且在很廣的范圍內(nèi)

35、保持高效率，因而，更加適合電動汽車的動力性能要求。但是，開關磁阻電動機的控制系統(tǒng)比其他電動機的控制系統(tǒng)復雜一些，位置檢測器是開關磁阻電動機的關鍵器件，其性能對開關磁阻電動機的控制操作有重要影響。由于開關磁阻電動機為雙凸極結(jié)構(gòu)，不可避免地存在轉(zhuǎn)矩波動，噪聲是開關磁阻電動機最主要的缺點。但近年來的研究表明，采用合理地設計，制造和控制技術，開關磁阻電動機的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外，由于開關磁阻電動機輸出轉(zhuǎn)矩波動較大，功率變換器的直流電流波動也較大，所以在直線母線上需要裝置一個很大的濾波電容器。近年來，開關詞組電動機在電動汽車上得到一定的應用。1.5永磁同步電動機的多種控制策略永磁同步電動機的

36、特點是轉(zhuǎn)速與電源頻率的嚴格同步， 采用變壓變頻來實現(xiàn)調(diào)速。目前，永磁同步電動機采用的控制策略主要有恒壓頻比控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等。恒壓頻比控制恒壓頻比控制是一種開環(huán)控制。根據(jù)系統(tǒng)的給定，利用空間矢量脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)化為期望的輸出電壓 uOUT 進行控制，使電動機以一定的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。在一些動態(tài)性能要求不高的場所，由于開環(huán)變壓變頻控制方式簡單，至今仍普遍用于一般的調(diào)速系統(tǒng)中，但因其依據(jù)電動機的穩(wěn)態(tài)模型，無法獲得理想的動態(tài)控制性能，因此必須依據(jù)電動機的動態(tài)數(shù)學模型。永磁同步電動機的動態(tài)數(shù)學模型為非線性，多變量，它含有m 與 id 或 iq 的乘積項，因此要得到精確的動態(tài)控制性能，必須對m 與 id

37、或 iq 解耦。近年來，研究各種非線性控制器用于解決永磁同步電動機的非線性特性。矢量控制高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)需要現(xiàn)代控制理論的支持，對于交流電動機，目前使用最廣泛的當屬矢量控制方案。矢量控制的基本思想是在普通的三相交流電動機上模擬直流電動機轉(zhuǎn)矩的控制規(guī)律，磁場定向坐標通過矢量變換，將三相交流電動機的定子電流分解成勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，并使這兩個分量相互垂直，彼此獨立，然后分別調(diào)節(jié)，以獲得像直流電動機一樣良好的動態(tài)特性。因此矢量控制的關鍵在于對定子電流幅值和空間位置（頻率/ 相位）的控制。矢量控制的目的是改善轉(zhuǎn)矩控制性能，最終的實施是對id，iq 的控制。由于定子側(cè)的物理量都是交流量，其空

38、間矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，因此調(diào)節(jié)，控制和計算都不方便。需借助復雜的坐標變換進行矢量控制，而且對電動機參數(shù)的依賴性很大，難以保證完全7遼寧工程技術大學碩士學位論文解耦，使控制效果大打折扣。直接轉(zhuǎn)矩控制矢量控制因其復雜的矢量旋轉(zhuǎn)變換，而且電動機的機械常數(shù)，所以不能迅速的響應矢量控制中的轉(zhuǎn)矩。針對矢量控制的這一缺點，德國學者Depenbrock于 20 世紀 80 年代提出了一種具有快速轉(zhuǎn)矩響應特性的控制方案，即直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC ）。該控制方案摒棄了矢量控制中解耦的控制思想及電流反饋環(huán)節(jié)，采取定子磁鏈定向的方法，利用離散的兩點式控制直接對電動機的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩進行調(diào)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩響

39、應快等優(yōu)點。1.6本論文的的主要工作及安排主要研究工作本文從介紹電動汽車不同電機開始研究，分析了永磁同步電機的結(jié)構(gòu)，建立數(shù)學模型，研究了 PMSM DTC 的控制系統(tǒng)并仿真。進一步研究了基于 SVM 的技術控制技術， 分析其原 理，從而 比較出更好 的控制 系統(tǒng)。設計 出了 TMS 320F2812 控制系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分。論文安排第一章：緒論部分，簡單介紹了電動汽車的 PMSM 電機的背景及意義，并比較分析多種電動機的結(jié)構(gòu)，原理及性能。第二章：提出了 PMSM 的 DTC 的研究，建立模型，并通過 MATLAB 仿真。第三章：通過研究傳統(tǒng)的DTC 的缺點，提出基于SVM 的 SVPWM

40、 控制技術，并通過 MATLAB 仿真。第四章：提出了 TMS 320F2812 DSP 控制系統(tǒng)設計，通過從硬件部分和軟件部分的設計，分析，得出改進后系統(tǒng)更穩(wěn)定。第五章：對本文工作的總結(jié)及展望電動汽車 PMSM 系統(tǒng)研究本章選擇永磁同步電機 PMSM 作為研究的對象，通過分析其結(jié)構(gòu)和特點，并建立數(shù)學模型，選擇了直接轉(zhuǎn)矩控制 DTC 作為主要的研究控制方式，對定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進行估算和滯環(huán)控制，進行了 MATLAB 仿真。8遼寧工程技術大學碩士學位論文2.1永磁同步電機永磁同步電機（ Permanent Magnet Synchronous Motor：PMSM ）具有高效率，第轉(zhuǎn)矩脈動，高

41、動態(tài)性能和高能量密度等特點，現(xiàn)已廣泛應用于大范圍的調(diào)速和定位系統(tǒng)中，永磁同步電機雖然其轉(zhuǎn)子為永磁體， 同時由于以功率開關器件取代了直流電機中的電刷和換向器，因此維護和耐環(huán)境方面要優(yōu)于直流電機，只在逐漸取代過去需要使用直流電機的場合。永磁同步電動機的發(fā)展得益于電力電子技術的發(fā)展，電力電子技術是弱點與強電之間的橋梁。 20 世紀 80 年代，由于釹鐵硼永磁材料的產(chǎn)生和發(fā)展，促進了永磁同步電動機的廣泛應用。目前，永磁同步電動機正向大功率化和微型化方向發(fā)展。永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)和特點永磁同步電動機中用永磁體替代普通同步電動機轉(zhuǎn)子中的勵磁同步繞組，不需要轉(zhuǎn)子繞組，從而省略掉了勵磁線圈以及供應勵磁繞組勵磁

42、電流的外部電源，電刷以及安裝在轉(zhuǎn)子軸上的滑環(huán)，也免去了對電刷的定期維護6-8 。同傳統(tǒng)電動機一致，永磁同步電動機本體由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子與普通感應電動機基本相同，主要由沖有槽孔的硅鋼片，三相繞組，機殼及端蓋等部分組成。轉(zhuǎn)子用永磁材料制成無明顯磁極的隱極式，采用適當?shù)膸缀谓Y(jié)構(gòu)，使磁勢波形的空間分布接近正弦波。與感應電動機類似，多相繞組在空間上均勻地分布，在其繞組中通入對稱交流電時，將在氣隙中產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的圓形磁場。當轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速與定子產(chǎn)生的氣隙磁場相同方向旋轉(zhuǎn)時，定，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的氣隙磁場之間無相對速度，在空間上互差某電角度（稱為功率角）。這兩個相對靜止的氣隙磁場相互作用，將產(chǎn)生電

43、磁轉(zhuǎn)矩，并拖動轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速。當改變定子電流時，定子氣隙磁場將發(fā)生變化，而會改變電磁轉(zhuǎn)矩，達到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，帶不同負載的目的。因此，在永磁同步電動機中進行機電能量轉(zhuǎn)換的為定子電樞。同時，永磁同步電動機由于主磁極在轉(zhuǎn)子上，所以屬于旋轉(zhuǎn)磁極式同步電動機。通過分析可知，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子只能以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，否則定，轉(zhuǎn)子分別產(chǎn)生的氣隙磁場之間將會有相對速度，無法進行機電能量轉(zhuǎn)換。按照永磁體在電動機轉(zhuǎn)子上的安裝位置，永磁同步電動機根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以分為三類：面貼式，插入式和內(nèi)嵌式。如下圖。永磁同步電動機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和的安裝方法對電動機的性能影響很大，因此，面貼式，插入式和內(nèi)嵌式的永磁同步電動機各有其優(yōu)缺點。9

44、遼寧工程技術大學碩士學位論文(a)面貼式(b)插入式(c)內(nèi)嵌式圖 2.1PMSM 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分類面貼式永磁同步電動機結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，轉(zhuǎn)動慣量小，在工業(yè)上得到廣泛應用 9 。另外，這種類型的電動機易于優(yōu)化設計，可將氣隙磁鏈設計成近似正弦分布，從而減少磁場諧波及其負面效應，提高了電動機的運動性能。插入式永磁同步電動機，可以充分利用轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不對稱所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，提高點凍結(jié)的功率密度，使得電動機的動態(tài)性能較面貼式有所改善，制造也較方便，缺點是漏磁系數(shù)和制造成本較面貼式都大。內(nèi)嵌式永磁同步電動機的永磁體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部，因為永磁體嵌入轉(zhuǎn)子中，永磁體去磁的危險性小，其缺點是轉(zhuǎn)子漏磁系數(shù)最大。雖然不同

45、的永磁同步電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)差別很大， 但由于永磁材料的使用， 永磁同步電動機具有如下共同特點 10 ：(1)電動機電磁轉(zhuǎn)矩波動小，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，動態(tài)響應快，過載能力強。當永磁同步電動機的負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，僅使電動機的功角適當變化，而轉(zhuǎn)速維持在原來的同步轉(zhuǎn)速不變，轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量不會影響電動機轉(zhuǎn)矩的快速響應。永磁同步電動機的瞬間最大轉(zhuǎn)矩可以達到額定轉(zhuǎn)矩的 3 倍以上，使得永磁同步電動機非常適合在負載轉(zhuǎn)矩變化較大的工況下運行。(2)高功率因素，高效率。永磁同步電動機與異步電動機相比，不需要無功勵磁電流，所以能夠得到比異步電動機高很多的功率因素，進而得到相對更小的定子電流和定子銅耗，并且永磁同步電動機

46、在穩(wěn)態(tài)運行時沒有轉(zhuǎn)子銅耗，進而可以因總損耗降低而減小風扇容量甚至去掉風扇，從而減小相應的風摩損耗，使它的效率比同規(guī)格的異步電動機提高 28 個百分點。(3)體積小，重量輕。近些年來隨著高性能永磁材料的不斷應用，永磁同步電動機的功率密度得到了很大提高，與同容量的異步電動機相比，體積和重量都有較大的減少，使其適合應用在很多特殊場合。(4)結(jié)構(gòu)多樣化， 應用范圍廣， 永磁同步電動機由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的多樣化，產(chǎn)生了特點和性能各異的許多品種。從工業(yè)到農(nóng)業(yè)，從民用到國防，從日常生活到航天航空，從簡單的電動工具到高科技產(chǎn)品，機會無所不在。(5)可靠性高。與直流電動機和電勵磁同步電動機比，沒有電刷，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)

47、的可靠性自然得以提高。10遼寧工程技術大學碩士學位論文永磁同步電動機的數(shù)學模型在分析永磁同步電動機的數(shù)學模型時，為了使分析簡化，做如下假設11-12 ：(1) 電動機的定子繞組 Y 連接，繞組電流為對稱的三相正弦波電流；(2)(3)定子磁場呈正弦分布，不考慮諧波與飽和的影響；忽略電動機的渦流和磁滯損耗。在上述假設的基礎上，建立永磁同步電動機在不同坐標系下的數(shù)學模型時，個坐標系的相互關系，如下圖圖 2.2PMSM 坐標系的關系兩相靜止坐標系中的 軸與三相靜止坐標系 ABC 中的 A 軸重合；兩相旋轉(zhuǎn)坐標系以轉(zhuǎn)子角速度 r 在旋轉(zhuǎn)， d 軸指向轉(zhuǎn)子磁鏈 f 的方向；xy 坐標系以定子磁鏈角速度 e

48、 旋轉(zhuǎn)， x 軸指向定子磁鏈 s 的方向。 d 軸與 A 軸的夾角為 r，為電動機定，轉(zhuǎn)子磁鏈矢量 s 與 f 之間的夾角，即電動機的功角。(1)電動機在三相靜止坐標系中的數(shù)學模型在定子三相靜止坐標系 ABC 中，忽略定子繞組，其電壓和磁鏈矢量可以分別表示為式（ 2.1）和式（ 2.2）。uaRa00iaaub0Rb0ibp buc00Rcicc2.1 ）式中， p 為微分算法（ p=d/dt）， ua，ub，uc 分別為 A,B,C 三相定子電壓， ia，ib，ic 分別為 A，B， C 三相定子電流，由于定子三相繞組完全對稱，則定子三11遼寧工程技術大學碩士學位論文相繞組的電阻 Ra=Rb

49、=Rc=Rs， a，b，c 為 A， B， C 各相繞組的磁鏈。aL aM abM aci ara ( r )bM baL bM bci brb ( r )cM caM cbL ci crc ( r )2.2 ）式中， r=r t， r 為轉(zhuǎn)子角速度， ra（ r）,rb（ r），rc（r）分別表示轉(zhuǎn)子磁鏈在 A，B，C 三相繞組中產(chǎn)生的交鏈。 定子三相繞組的自感 La=L b=L c=L s,ab acbcbacacbs.=M =M =M=M =M =M轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的主磁通與A，B，C 相定子繞組交鏈磁鏈和轉(zhuǎn)子磁極的位置有關。轉(zhuǎn)子磁鏈在氣隙中的分布呈正弦形，用r 表示以 A 相定子繞組為基

50、準往電動機旋轉(zhuǎn)方向取得轉(zhuǎn)子磁極的角度，那么轉(zhuǎn)子磁鏈在各相繞組中的交鏈可以表示為ra (r )cos(r )rb (r )f cos(r2/ 3)rc(r )cos(r2/ 3)2.3 ）由于通入三相繞組中的電流是對稱的， 因此存在 ia+ib+ic=0. 把此條件代入（式 2.1 ）可得uaRs00iasin(r )ub0R pL0ibr fsin(r2/ 3)suc00RpL icsin(r2/ 3)s2.4 ）式中， L=L s-M s，L s是三相繞組的自感， M s 是三相繞組互感。(2)電動機在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的模型建立 dq 坐標系下的數(shù)學模型，目的是為了得到定子電壓，電流均為直流

51、的永磁同步電動機的電壓方程式，對分析永磁同步電動機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性都十分方便。電壓回路方程可以表示為uRpLLq rid0dsduLRpLir fd rqq1qs12遼寧工程技術大學碩士學位論文2.5 ）假設電動機時線性的，參數(shù)不隨溫度等變化，忽略磁滯，渦流耗損，轉(zhuǎn)子無阻尼繞組，那么，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系中，定子磁鏈方程可以表示為dLd0i d10Lqi qfq0（2.6 ）轉(zhuǎn)矩方程3n ( i- i )（2.7 ）T =epd qqd2電動機的運動方程為TeTLJd rB rdt（2.8 ）(3)電動機在兩相靜止坐標系下的模型dq 坐標為了簡便，直接根據(jù)坐標變換理論，把永磁同步電動機在

52、兩相旋轉(zhuǎn)系 dq 下的數(shù)學模型轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標系下，得到如下電壓方程式：uRspLdr (LdL q)isin ru(LdLq)RspLq(Ld Lq )( r id ) rficos r2.9 ）同樣可得到電動機在坐標系下的磁鏈方程為icosLq( LdLq)idfisinr（2.10 ）r在兩相靜止坐標系 下，根據(jù)定子回路的電壓平衡方程式， ，可對電壓求積分得到(u R i)s2.11 ）(us)R idt13遼寧工程技術大學碩士學位論文2.12 ）電磁轉(zhuǎn)矩為：T3i )ep22.13 ）(4)電動機在磁場旋轉(zhuǎn)坐標系中的數(shù)學模型xy 磁場旋轉(zhuǎn)坐標系也屬于解耦的 dq 旋轉(zhuǎn)坐標系，變換原理

53、和形式與 dq 坐標系相似， x 軸與 d 軸之間的夾角 。 xy 坐標系與 dq 坐標系之間的轉(zhuǎn)變公式如式所示idcossinixiqsincosiy2.14 ）式中的變換矩陣也適用于電壓，磁鏈矢量。xy 坐標系下的磁鏈計算式為xLd cos2Lq sin 2Ld sin cosLq sin cosi xcosLd sin cosLq sin cosLd sin2Lq cos2i yfysin2.15 ）由于 y=0，所以由式可得2 x sin( LdLq) ( Ld Lq) cos2 iyi x(LdLq) sin22.16 ）因為 x=y，所以根據(jù)式可得：i y1( Lq Ld ) si

54、n 2 2 fLq sin2L dLq2.17 ）將電流 id，iq 由坐標變換到電流ix，iy，代入式 6.7. 可得在 xy 坐標系中的電磁14遼寧工程技術大學碩士學位論文轉(zhuǎn)矩表達式：3npsTe 2 fLq sin(LqLd ) sin(2 )4LqLd2.18 ）對于隱極式永磁同步電動機來講，由于L d=L q=L s，所以轉(zhuǎn)矩的表達式又可寫成Te 2 3nps f sin3nps f sin( sr0)（ 2.19 ）4L s2Ls在上式中 sr 為定子磁鏈相對于轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)角速度，0 為轉(zhuǎn)矩角變化前一時刻的初值。由上式可知，當定子磁鏈保持幅值恒定，轉(zhuǎn)矩角從-90 變化到 90時，電

55、動機轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)矩角增大而增大，且轉(zhuǎn)矩角為90時，轉(zhuǎn)矩達到最大。2.2直接轉(zhuǎn)矩控制實現(xiàn)從上式可以得到，當定子磁鏈大小保持不變時，電動機的電磁鏈轉(zhuǎn)矩是隨著轉(zhuǎn)矩角的變化而變化的。因此可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩角 來對電動機的電磁轉(zhuǎn)矩進行控制。角雖然不能直接調(diào)節(jié)。 這是因為定子電磁時間常數(shù)比轉(zhuǎn)子的機械時間常數(shù)小，所以當迅速改變定子磁鏈旋轉(zhuǎn)方向時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化滯后于定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，進而達到改變角的目的。要使定子磁鏈迅速改變方向，可根據(jù)需要選擇基本電壓矢量中的一個施加給逆變器驅(qū)動電動機，從而實現(xiàn)對角的控制。綜上所述，永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制的理論基礎為：通過控制定子磁鏈幅值保持恒定， 改變定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度和方

56、向來瞬時調(diào)整轉(zhuǎn)矩角，就能夠?qū)崿F(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩的動態(tài)控制，這也是直接轉(zhuǎn)矩控制的基本思想。永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖?？刂葡到y(tǒng)將電動機給定轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速的誤差PI 調(diào)節(jié)器輸出給定轉(zhuǎn)矩信號，磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的估算值電壓和逆變器的開關信號以及逆變器電流，在根據(jù)電動機在坐標系中的數(shù)學模型計算而得；根據(jù)計算出的磁鏈分量，可以判斷出定子磁鏈所在的區(qū)段。把定子磁鏈的給定值和估算值進行比較，并經(jīng)過滯環(huán)比較器后，信號輸入電壓矢量查詢表，再把定子磁鏈矢量所在的區(qū)段號輸入電壓矢量查詢表。通過事先設定好的電壓矢量查詢表，確定出適當?shù)拈_關狀態(tài)，控制逆變器進而驅(qū)動永磁同步電動機 12 。15遼寧工程技術大學碩士

57、學位論文圖 2.3 永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制框圖定子磁鏈的估算和滯環(huán)控制關于定子磁鏈幅值的估算方法和電壓矢量對定子磁鏈的作用，介紹定子磁鏈的位置角估算方法和磁鏈滯環(huán)控制。(1)定子磁鏈位置角的檢測根據(jù)電壓模型法計算求得的s 的幅值，求出兩相坐標系中 的分量，s，那么 s 的位置角可以按照下式求得：sarctan(s)s2.20 ）根 據(jù) 的 值 ， 可 以 判 斷 某 一 時 刻 定 子 磁 鏈 矢 量 所 在 的 區(qū) 域 nn=1,2,3,4,5,6, ）。(2)定子磁鏈的滯環(huán)控制如圖中總共有3 個圓，圖中的虛線圓表示*；兩個實線圓之間s 給定值 | s的折線表示定子磁鏈幅值的實際值，用|

58、s，| s表示，兩個實線圓的半徑差2| s 能滿足如下關系：| |即允許的誤差范圍。在運行中，要求定子磁鏈|*s|*（）| s|-|s| |s|+ |s2.21|16遼寧工程技術大學碩士學位論文圖 2.4 電壓空間矢量對定子磁鏈的滯環(huán)控制按照要求，選取欠當?shù)幕倦妷菏噶?，控制定子磁鏈幅值在一定的容差?3-14 。圍內(nèi)波動。這樣，在容差范圍內(nèi)定子磁鏈幅值形成的軌跡就是磁鏈圓軌跡| s的滯環(huán)控制過程中，對|*|與 s進行比較作差。當|s* s，即實際ss| |- | |值比給定值大，此時滯環(huán)控制器輸出=0，表示要求減小定子磁鏈的幅值；當*s| s ，即實際值比給定值小，此時滯環(huán)控制輸出 ，表示要

59、求增大| s|-|=1定子磁鏈的幅值。電磁轉(zhuǎn)矩的估算與滯環(huán)控制在永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制過程中，要實現(xiàn)對電磁轉(zhuǎn)矩的控制，首先要知道電磁轉(zhuǎn)矩的反饋值，以目前的技術水平，直接測量電磁轉(zhuǎn)矩是比較困難的，為此需要采用間接法求取電磁轉(zhuǎn)矩。可以采用公式計算法求得電磁轉(zhuǎn)矩的反饋值，即估算值，然后把電磁轉(zhuǎn)矩的估算值與給定值送入滯環(huán)比較器進行滯環(huán)比較，控制電磁轉(zhuǎn)矩在允許的誤差范圍內(nèi)波動。(1)電磁轉(zhuǎn)矩的觀測模型按照上式（ 2.7 ）在控制系統(tǒng)中，電磁轉(zhuǎn)矩幅值的計算模型如圖17遼寧工程技術大學碩士學位論文圖 2.5 電磁轉(zhuǎn)矩觀測模型(2)電磁轉(zhuǎn)矩的滯環(huán)控制采用滯環(huán)控制器來實現(xiàn)對電磁轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。此方法要把電磁轉(zhuǎn)矩

60、給定值 T e* 與估算值 Te 進行比較作差。系統(tǒng)中電磁轉(zhuǎn)換滯環(huán)控制器的滯環(huán)寬度設定為2 |Te，即誤差允許的范圍。當e* e 時，滯環(huán)控制器的輸出為，即e|T -T|Te=-1估算值比給定值大，表示要求減小電磁轉(zhuǎn)矩；當T e*-T* e 時，滯環(huán)控制器|T的輸出為 =1，即估算值比給定值小，表示要求增大電磁轉(zhuǎn)矩；當滯環(huán)控制器輸出 =0 時，表示電磁轉(zhuǎn)矩的估算值與給定值的偏差在系統(tǒng)允許范圍內(nèi)， 不需要對電磁轉(zhuǎn)矩進行增大或減小的控制。開關表的研究在永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，當定子磁鏈矢量處于不同的區(qū)域時，可以根據(jù)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的誤差狀態(tài)來選擇不同的電壓空間矢量對逆變器進行控制 15