改善永磁同步电机驱动系统弱磁控制性能的方法研究

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1、学校代号：10532学密号：S10092019级：普通湖南大学硕士学位论文改善永磁同步电机驱动系统弱磁控制性能的方法研究堂僮由遣厶姓名!绘夔昱哑娃名丞驱鏊；黄室道熬攫墙差望僮!电氢皇值星工程堂随童一些刍．．鏊；一一电氢王程迨室握窑旦期；2Q!三生垒旦15旦论室筌避旦期12Q!呈生5旦12旦筌整委虽金圭虚；一一吆田红挞熬援ResearchontheField-weakeningControlMethodforImprovingthePerformanceofPermanentMagnetSynchronousMotorDrivesbyX

2、uQiongB．E．(WuhanInstituteofTechnology)2008AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineering1nElectricalEngineeringintheGraduateSch001ofHunanUniversitySupervisorProfessorHuangShoudaoApril，2013湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研

3、究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：铭．旗．日期：为多年岁月川El学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论

4、文。本学位论文属于作者签名：导师签名：1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密团。(请在以上相应方框内打“／”)日期：知哆年多月玉7E1日期：乃步年多月石713改善永磁同步电机驱动系统弱磁控制性能的方法研究摘要永磁同步电机(PMSM)以其高功率密度、高效率、调速范围宽等优点，广泛地应用于各种高性能的电机驱动系统中，如电动汽车、轨道车辆等领域。在这些高性能的应用中，不仅要求较宽的弱磁调速范围，而且要求较强的弱磁性能，较强的弱磁性能可在逆变器容量一定的情况下提高系统的性能。电机驱动系统由于受逆变器容量的限制，高速时电机端电压达到极限

5、时，会引起电机转矩、电流以及转速等性能的下降。采用弱磁控制可使永磁同步电机低速恒转矩运行，高速恒功率运行，并有效改善系统的运行性能。因此，研究永磁同步电机的弱磁控制方法并提高系统弱磁性能有着重要意义。本文研究的主要目的是实现永磁同步电机弱磁扩速同时，提高永磁同步电机驱动系统弱磁运行的最大转矩输出能力，并有效改善系统的动态响应性能。为充分利用逆变器的直流侧母线电压，本文将弱磁运行时的电压空间矢量调制(SVPWM)扩展至过调制区域，利用过调制前后输出的动态电压偏差作为反馈量来进行弱磁控制，从而拓宽永磁同步电机的运行区域，提高逆变器容量受限

6、情况下的电机转矩输出能力。首先，介绍了永磁同步电机的数学模型、运行的约束条件以及矢量控制系统。针对提高控制系统恒功率区域弱磁性能的问题，提出运用过调制技术扩展电机运行区域的必要性。在分析SVPWM原理的基础上，为提高逆变器母线电压的利用率，实现逆变器全范围的电压输出，研究了一种动态过调制方法，为弱磁控制策略的提出奠定了理论基础。接着，阐述了永磁同步电机弱磁控制原理，确定了电机在全速范围内最优控制运行的定子电流矢量轨迹。分析了传统直流侧电压反馈弱磁方法的控制原理，针对传统控制方法中逆变器直流母线电压未完全被利用的不足之处，提出了一种基于

7、过调制区域电压偏差反馈的弱磁控制策略。具体思路是以SVPWM过调制前后输出的动态电压偏差为目标函数，利用梯度下降法原理，建立电压偏差与d，q轴电流的数学模型对弱磁运行的d。q轴参考电流进行优化。控制策略具体实现是通过用电流调节器输出的参考电压与过调制后输出的极限电压两者的动态电压差值来修正定子电流矢量相位角，从而重新分配电机弱磁运行的d，q轴参考电流分量的大小，最终实现弱磁扩速。在此基础上，结合永磁电机矢量控制系统的相关数学模型，详细分析了电压偏差反馈弱磁控制方案在提升电机电磁转矩输出能力的同时，不需要增加额外的电流调节器抗饱和环节，

8、又能有效地避免电流调节器的积分饱和，改善系统的动态响应性能。Ⅱ硕士学位论文最后，建立了控制系统的仿真模型并进行仿真分析，同时构建了电机驱动控制系统的软硬件控制平台对控制策略进行了实验验证。仿真和实验证明，本文所提控制方案