王成元 研究生思考题

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1、一、论述PMSM中空间矢量及瞬态转矩控制要求：1．说明能将PMSM中的各物理量表示为空间矢量，它的物理基础是什么？提示：转子永磁励磁磁场在空间正弦分布，定子相绕组产生的磁动势波（取其基波）在空间正弦分布（由其产生的磁场在空间亦为正弦分布），两者是空间矢量描述的物理基础。2．论述定子相绕组磁动势矢量（例如fA）的时空特征，说明为什么能将时间变量定子电流（标量）转换为空间矢量，定子电流矢量的物理意义是什么？式中的iA、iB和iC为什么可以是任意波形的瞬时电流？3．面装式PMSM无论在稳态还是在动态运行中

2、，气隙中各磁场始终得保持正弦分布，这是可以采用空间矢量分析的前提和条件，说明定子电压和电流在动态运行时已不再是正（余）弦时间变量，为什么还可以用空间矢量来分析？4．说明为什么空间矢量理论可用于PMSM的动态分析。5．推导面装式PMSM电磁转矩矢量方程，解释此式的物理意义。说明为什么通过检测转子位置θr和控制定子三相瞬时电流iA、iB和iC即可控制瞬态电磁转矩？二、论述PMSM转矩生成及其控制要求：1．面装式PMSM定子磁场矢量方程为说明PMSM内存在哪三个正弦分布磁场，为什么可以其中任何两个磁场相互

3、作用来表达电磁转矩生成，试分别推导其相应的电磁转矩矢量方程。2．说明以不同的两个磁场相互作用来表达转矩生成时，可以采用不同的方式来控制电磁转矩（矢量控制还是直接转矩控制，对矢量控制而言，是以转子磁场定向还是以定子磁场定向），并对这三种控制方式的优缺点进行简要分析。3．说明为什么基于转子磁场定向的矢量控制可以将PMSM变换（等效）为一台他励直流电动机。4．说明为什么插入式和内装式PMSM会产生磁阻转矩，在基于转子磁场定向矢量控制中磁阻转矩是如何控制的？在基于滞环比较的直接转矩控制中磁阻转矩是如何控制的

4、？5．说明为什么基于滞环比较的直接转矩控制可以不依赖电机数学模型（定子磁链和转矩估计除外）。6．说明直接转矩控制（采用滞环比较控制方式）低速运行转矩脉动原因。三、论述PMSM基于转子磁场定向矢量控制要求：（一）面装式PMSM（永磁体为稀土永磁）1．推导电磁转矩矢量方程，说明如何控制电磁转矩。2．转子磁场定向的含义是什么？说明为什么选择基于转子磁场定向dq轴系来控制电磁转矩。为什么称为矢量控制。3．若控制转矩角β＝90°-4-（电角度），说明为什么已将PMSM等效为电刷在几何中性线上的他励直流电动机。

5、4．换向器变换指的是哪一种变换，说明为什么将其称为换向器变换。5．“弱磁”指的是什么？说明如何实现“弱磁”控制。6．画出以转子磁场定向矢量控制系统框图，说明为什么矢量控制交流伺服系统其动态性能可与直流伺服系统相媲美。7．说明这种矢量控制为什么必须检测转子位置，如何进行检测的？（二）插入式和内装式PMSM1．推导电磁转矩方程以及。2．说明插入式和内装式PMSM与面装式PMSM相比，电磁转矩控制和矢量控制系统有什么不同之处？四、PMSM传统变频调速与矢量控制比较分析要求：1．说明传统变频调速的基本原理和

6、控制方式。2．说明传统变频调速系统为什么可以采用开环控制。3．说明传统变频调速系统在动态情况下不能严格控制转子速度的根本原因。4．说明矢量控制与传统变频调速比较本质上的不同。5．说明为什么矢量控制必须检测转子位置。6．说明为什么将传统变频调速称为他控式控制，而将矢量控制称为自控式控制。五、论述PMSM直接转矩控制基本原理和控制方法要求：1．推导面装式PMSM电磁转矩矢量方程。2．论述是如何利用电压矢量来控制（速度和幅值）的，为什么必须检测的空间位置和幅值，如何进行检测的？3．推导插入式和内装式PMS

7、M电磁转矩方程。4．说明是如何利用磁链和转矩滞环比较控制来控制定子磁链和电磁转矩的，此时面装式PMSM与插入式和内装式PMSM在控制方式上是否有区别？画出直接转矩控制系统框图。5．说明为什么在直接转矩控制中可以不检测转子位置θr，而在基于转子磁场定向矢量控制中则必须检测转子位置θr。6．说明直接转矩控制为什么属于非线性控制，为什么通常都采用滞环比较控制方式？7．说明为什么将这种控制方式称为“直接”转矩控制。8．直接转矩控制与矢量控制比较可提高系统的快速性，原因是什么？9．论述直接转矩控制低速运行时转

8、矩脉动原因，如何消除转矩脉动？10．查阅相关文献，论述空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）的原理及其在矢量控制中的应用。-4-六、试对PMSM转子磁场定向矢量控制与直接转矩控制进行比较分析要求：1．说明基于转子磁场定向的矢量控制（），控制的是电枢磁场；而对于直接转矩控制（）而言，控制的是定子磁场。2．说明控制定子磁场，实质上也是在控制电枢磁场（）3．以面装式PMSM为例，说明基于转子磁场定向矢量控制与直接转矩控制的内在联系。提示：对电磁转矩控制而言，两种控制方式最终都是