作者：吕德刚 薛俊泉
来源：《哈尔滨理工大学学报》2020年第06期脱蜡铸造
摘 要：以表贴式永磁同步电机（SPMSM）矢量控制为基础，研究并实现了超前角弱磁控制，扩大了调速范围。在此基础上，采用一阶限幅低通滤波器对传统弱磁超前角进行滤波，消除弱磁后电机抖振现象。将定子电压相量值作为输入量，经计算、滤波后，将d、q轴偏移角度作为输出量反馈到电流环，从而实现弱磁扩速。仿真和实验证明，超前角弱磁控制能够扩大电机的调速范围，运行平稳，达到了扩速目的。 关键词：表贴式永磁同步电机;超前角;弱磁控制
DOI：10.15938/j.jhust.2020.06.006
中图分类号： TM351
文献标志码： A
文章编号： 1007-2683（2020）06-0040-06
Flux Weakening Control of Leading Angle of Surface-mounted
Permanent Magnet Synchronous Motor
L De-gang， XUE Jun-quan
（Key Lab of National and Local United Engineering for Electric and Heat Transfer Technology of Large Electrical Machine， Harbin University of Science and Technology， Harbin 150080， China）
Abstract：Based on the vector control of the surface-mounted permanent magnet synchronous motor （SPMSM）， the leading angle flux magnetic weakening control is realized and the speed adjustment range is expanded. On this basis， the first order limited-amplitude low pass filter is used to filter the traditional leading angle flux magnetic weakening control to eliminate the buffeting phenomenon of the motor. In this paper， the stator voltage phase value is taken as the input quantity. After calculation and filtering， the d and q axis migration angles are fed back to the current ring as the output quantity， so as to realize to expend the speed adjustment range. Simulation and experiment prove that the leading angle flux weakening control can expand the speed range of the motor and run smoothly， achieving the purpose of speed expansion.
Keywords：stick type permanent magnet synchronous motor （SPMSM）; leading angle; flux weakening control
0 引 言
永磁同步電机（PMSM）具有电机结构简单，体积小，重量轻及高功率密度、高效率
凝胶材料等特点，被广泛用于高精度，高动态性能和大范围调速的场合。
智能会议系统 ABCDMIX 随着工业的发展，电机在诸如电动汽车、机床驱动、工厂室内运输车等场合应用时，期望在额定功率下转速尽量提高。承压式太阳能热水器
文[1-3]采用电流弱磁控制方法，但在弱磁区电机震动较大。文[4-6]提出在传统弱磁PI环节加入模糊控制，但实际工程中其程序编写十分复杂。文[7-10]采用传统超前角弱磁控制，但在实际应用有谐波产生，对电机稳定运行造成干扰。文[11-15]采用电压闭环控制弱磁，在实际应用中会产生响应滞后，使d轴反馈值不精确。文[16-18]分别采用滑模PI和自适应PI作为超前角PI环节，实际应用会依赖电机参数，设置参数较多，设计较为复杂。文[19-21]分别针对电流交叉耦合效应、弱磁区分段控制及传统硬件设计等方面对永磁同步电动机弱磁控制进行优化，稳定性较好，鲁棒性较强，但对电机参数过分依赖，实际工程中对不同电机推广使用难度较大。
由于逆变器直流母线电压和输出电流能力的限制，电机的定子电压和电流存在着极限值。本文结合了传统超前角弱磁控制和一阶限幅惯性滤波器，有效的实现了电机的弱磁扩速。并通过仿真实验验证了算法实用有效。
1 PMSM的d-q轴数学模型
在PMSM的数学建模中，通常采用经过Clark变换和Park同步旋转坐标系下的d-q数学模型，以便于控制器的设计。
定子电压方程为：
ud=Rid+ddtψd-ωeψq
正火工艺 uq=Riq+ddtψq-ωeψd（1）
式中：R为定子电阻;ψ为磁链;ωe为电角度速度。
定子磁链方程为：
ψd=Ldid+ψf
ψq=Lqiq（2）
式中ψf为永磁体磁链。
电磁转矩方程为：
Te=32pniq[id（Ld-Lq）+ψf]（3）
式中：Te为电磁转矩;pn为电机极对数。
机械运动方程为：
JdΩdt=Te-TL-RΩΩ（4）
式中：J为电机的转动惯量;RΩ为阻力系数;TL为负载转矩。
2 超前角弱磁控制
2.1 弱磁扩速基本原理
考虑表贴式永磁同步电机的稳态运行，忽略绕组电阻的压降，电压向量的归一化方程如下：
v2sn=ω2rn{（1+Ldnirdsn）2+（Lqnirqsn）2}（p.u.）（5）
三相电机保护器 式中电压相量vsn定义为：
vsn=（vrdsn2+vrqsn）（p.u.）（6）
式中电流相量irdsn关系为：
idsn=（irsn2-irqsn）（p.u.）（7）
式中：vsn为电压标幺值;ωrn为转速标幺值;irdsn为d轴电流标幺值;irqsn为q轴电流标幺值;Ldn为d轴电感标幺值;Lqn为q轴电感标幺值。
由式（6）可知，在输入侧母线电压保持恒定的情况下，电压相量vsn和电流相量isn分别对应逆变器所能达到的最大值，故在弱磁运行过程中，可认为两个值为恒值。
由式（6）和式（7）可绘制以irdsn-irqsn为坐标轴的电流极限圆和电压极限圆。其中电流极限圆圆心为原点，电压极限圆圆心为C（-1Ldn，0），-1Ldn为最大电流值，irdsn若超过这个值电动机将永久退磁。
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