一種基于磁鏈規(guī)劃的永磁同步電動(dòng)機(jī)控制方法
劉春光，臧克茂，趙玉慧（裝甲兵工程學(xué)院，北京100072）
摘要：提出了一種基于磁鏈規(guī)劃的電動(dòng)坦克用永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制方法，充分利片j逆變器容量的****轉(zhuǎn)矩控制算法以滿足電動(dòng)坦克的動(dòng)力要求，并采用基于磁鏈的效率優(yōu)化算法提高系統(tǒng)效率：最后仿真驗(yàn)證了該方法的實(shí)用性和有效性。
關(guān)鍵詞：永磁同步電動(dòng)機(jī)；磁鏈規(guī)劃；效率優(yōu)化；仿真
中圖分類(lèi)號(hào)：TM341 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004 -7018( 2008) 09 -0038 -04
0引 言
電動(dòng)坦克驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要在低速或爬坡時(shí)輸出高轉(zhuǎn)矩，并能在很寬的速度范圍內(nèi)平滑地調(diào)節(jié)速度和轉(zhuǎn)矩，因此要求具有較強(qiáng)的弱磁能力：內(nèi)置式永磁( IPM)同步電機(jī)有效氣隙較小，電樞反應(yīng)的影響很大，意味著定子電流對(duì)弱磁有更強(qiáng)的影響，使得電機(jī)可以在基速之上運(yùn)行，適用于電動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用場(chǎng)合。
傳統(tǒng)的IPM電機(jī)速度控制，通常在基速以上采用直軸電流負(fù)反饋補(bǔ)償方法進(jìn)行弱磁。它沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的定子磁鏈控制，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和整體效率不能達(dá)到****。而定子磁鏈定向的矢量控制方法雖然提高了動(dòng)態(tài)性能，但其采用恒轉(zhuǎn)矩控制和弱磁控制兩種模式動(dòng)態(tài)切換的控制結(jié)構(gòu)，工作模式的平滑過(guò)渡成為難直，同時(shí)系統(tǒng)整體效率仍未得到相應(yīng)地深入研究。
本文在分析永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁控制原理的基礎(chǔ)上，從磁鏈控制的角度人手，提出了一種基于磁鏈規(guī)劃的電動(dòng)坦克用驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制方法，動(dòng)態(tài)時(shí)采用恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和弱磁區(qū)的歸一化控制方案，避免了恒轉(zhuǎn)矩控制和弱磁控制之間的切換問(wèn)題，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后采用基于磁鏈的效率優(yōu)化算法，提高系統(tǒng)整體效率，并采用Matlab/Simulink進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
1永磁同步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量控制
1.1永磁同步電機(jī)矢量控制原理
在d、q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，IPM的動(dòng)態(tài)電壓方程為：
式中：us、is和ψs。分別為定子電壓、電流和磁鏈，d、q分別表示定子的d、q軸分量；Ld、Lq分別為定子繞組的d、q軸電感ωe。為轉(zhuǎn)子電角速度；ψf為轉(zhuǎn)子永磁磁鏈；p為電機(jī)極對(duì)數(shù)；p=d/dt微分算子。
矢量控制實(shí)際上是對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流矢量相位和幅值的控制。從式(3)中可以看出，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩取決于定子電流的控制矢量is，而is的大小和相位取決于id和iq通過(guò)這兩個(gè)電流的獨(dú)立拉制，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制。
1.2電流矢量控制算法
采用****轉(zhuǎn)矩／電流原理控制IPM電機(jī)，能使電氣損耗降到最小，系統(tǒng)對(duì)逆變器額定功率的要求降到****，即逆變器的效率達(dá)到****。
令id=iscosθ，：iq=。issinθ，日為定子電流矢量與d軸夾角。將上式代人式(3)，對(duì)日求偏導(dǎo)，并令其等于零。即：
解得直、交軸電流滿足下式：
電流矢量運(yùn)行軌跡如圖1所示。這種控制算法在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域有效，其中逆變器的PWM控制用于實(shí)現(xiàn)給定的電流控制。
電機(jī)高速穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，忽略定子電阻壓降，由式(1)、式(2)，有：
在實(shí)際控制系統(tǒng)中，電機(jī)相電壓的極限值ulim和相電流極限值ilim。要受到逆變器直流側(cè)電壓和逆變器****輸出電流的限制。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，電機(jī)端電壓（成比例）增加，最終PWM控制器達(dá)到飽和狀態(tài)，定子電壓達(dá)到峰值。如果要求繼續(xù)升速，就要利用電樞反應(yīng)削弱定子磁鏈砂。，電機(jī)進(jìn)入弱磁區(qū)域，并滿足：
式中：ulim為電壓極限值。
可見(jiàn)，對(duì)于任意給定轉(zhuǎn)速ωe，磁鏈ψs具 |
