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永磁同步电机基本控制方法(永磁同步电机基础理论pdf)

发布时间：2024-01-17

永磁同步电机基本控制方法驱动电流控制

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电机输出的转矩是电机性能的重要关键参数之一。电机的转矩与电机的电流有关，基于同步旋转坐标系，Te为电机转矩，id和iq分别为d、q轴的电流，因此对转矩的精确控制即为对电流的精确控制。对永磁同步电机进行电流控制时，将d、q两轴的设定电流Iq_Ref和Id_Ref输入电流PI环，转变为d、q两轴的设定电压Vq、Vd，经过逆Park变换为Vα、Vβ通过空间矢量调制技术（SVPWM）转化为a、b、c三相电压输入到电机上。通过电机控制器上的采样电阻将获得的三相电流ia、ib、ic通过Clark变换成Iα、Iβ，与电机上通过编码器获取的电机位置参数θ一起，经Park变换成d、q两轴的实际电流进行反馈，作为该电流环控制的输入量，这样就完成了一次电流环的控制。本方法是采用的控制永磁同步电机绕组的电流来控制电机的电磁转矩输出的方法。合理地设计电流环的参数，可以减弱dq轴电压的波动，使系统的响应速度变快，运行更稳定。合理地设计电流环的参数，可以减弱dq轴电压的波动，使系统的响应速度变快，运行更稳定。其中电流闭环由PI调节器、延迟、PWM、电机转换四个环节所组成，传递函数如下图所示。上述控制方法通常实现简单，控制性能良好，在电机所需目标转矩不同时，只需要给定不同的目标电流，通过电流环即可控制电机输出相应的转矩，实现商用车转向助力控制。该方法满足商用车的基本需求，在商用车低速行驶时较多采用驱动电流控制。

运行转速控制

在不同的工况和使用环境下，只控制电机输出力矩往往是不够的，需要对电机的转速进行调节，使电机能快速响应。对电机速度控制的稳态精度以及快速响应无超调是目前研究的热点问题，基于电流控制法进行速度控制。对永磁同步电机的运行转速进行控制时，在电流环控制的基础上外加速度控制形成速度环。将电机的设定转速Speed_Ref输入速度PI环，得到d、q两轴的设定电流Iq_Ref和Id_Ref，输入到后续电流环进行电机控制，将计算得到的电机转速参数ω与转速设定值Speed_Ref进行误差值反馈计算，作为速度环控制的输入量，完成了一次完整的速度环的控制，其控制框图如图所示。上述速度环控制方法将d轴的设定电流输入设为0，因为d轴电流对于驱动电机的转动不会产生输出力，为了便于速度控制通常设定为0进行输入。该方法可以较好地控制电机转速，但是在实际应用中，会受限于系统电压逆变器的功率。电机的最大输出功率和电机不同速度下最大转矩输出都取决于逆变器的能力，因此逆变器性能的好坏对此控制方法有较大的影响。

转动角度控制

针对商用车转向系统的主动转向功能开发，需要对电机进行转动角度的控制。主动转向功能包括回正控制与转角伺服控制。车辆的回正控制是在不同的转向条件下，驾驶员不对方向盘有旋转力矩时，方向盘及车轮都能快速回到中间位置。而转角伺服控制是使方向盘转角跟随目标转角控制，对于电机而言则是电机实际转角跟踪期望转角的闭环控制。当进行永磁同步电机的转动角度控制时，在速度与电流双环控制的基础上外加角度控制形成位置环。将电机的设定转角Angle_Ref输入角度P环，得到目标转速Speed_Ref，输入到后续速度和电流双环进行电机控制，将得到的电机当前位置参数θ与角度设定值Angle_Ref进行误差值反馈计算，作为位置环控制的输入量控制电机的转动角度。在实际应用中，因为电机编码器返回的计数需要经过计算才能获得电机的转速ω，当电机转速较慢时，所得的转速存在较大的误差。想降低这个误差只能通过增大单位时间，获取多组电机速度计算值，但是这样会使整个系统的延迟增大。为了尽可能避免中间速度计算环节所导致的误差以及引起的系统延迟，可以将速度环去除，只用位置和电流双环进行电机的控制。同时为了使电机达到更准确的位置，电机旋转会不可避免地出现加速和急停的情况，不能仅靠单纯的P控制，应该加入I和D实现PID环控制。该方法的控制效果比单环控制效果更好，可以及时响应电机转角控制指令，在实际中应用较为广泛。在位置和电流双环的控制下，通过其他控制系统对本EHCS系统发送目标转向角指令，即可执行电机转角控制驱动车轮转向，最终实现商用车主动转向的功能。