文 献 综 述

一、课题研究背景及意义：

近年来，随着我国经济建设的快速发展，国民生产中的能源消耗占全国总能耗的比例逐年增加，使得能源供应逐年紧张。如今，随着国家对构建资源节约型社会的不断深入，节能降耗已经成为当今社会发展的一大主题^[1]。电动机是日常生活、生产中必不可少的能量转换装置，应用数量大而且耗能高。提高电机效率是一个亟待解决的问题^[2]。

电机是以磁场为媒介进行机电能量转换的装置,广泛应用于工业、农业、交通运输、国防及日常生活中^[3]。电机内气隙磁场的建立有两种方法一种是通过电机绕组中的电流来产生磁场另一种是由永磁体来产生磁场。普通直流电机、感应电机和电励磁同步电机属于前一种应用实例,永磁同步电机属于后一种应用实例。由于永磁材料的固有特性,在预化充磁后不再需要外加能量在其周围产生磁场,从而简化了电机结构、节约了能量^[4]。

随着永磁材料性能的不断提高，再加上微控制器技术，电力电子功率管的进一步发展，以及各种永磁电动机的设计理论、结构工艺和现代自动控制技术等方面研究的不断提高，使永磁电动机的得到了长远的发展，目前其输出功率已经涵盖了几乎所有驱动领域^[5]。由于永磁同步电动机具有大的起动转矩、小的启动电流、过载能力强、动态响应快、宽的调速范围、高效率、低损耗等一系列优点，目前在越来越多的驱动控制系统中被使用^[6]。

永磁同步电机(PMSM)以其体积小，结构简单，可靠性高及低成本等优点而广泛应用于高性能拖动与伺服系统中 。高磁通型PMSM较一般异步电机有较高的运行效率,但仍存在挖潜节能间,特别是在低负载率和宽范围变速运行时^[7]。

自20世纪80年代以来交流调速技术发展很快，同时，随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的迅猛发展，交流电机变频调速已经逐步取代了直流电机调速，并经历了采用电压频率协调控制（即V/F比为常数）、转差频率控制、矢量控制以及直接转矩控制的发展过程^[8]。随着DSP等控制芯片的出现，矢量控制得到了广泛应用，并大大改善了系统的静态和动态性能，具有结构简单、容易实现、控制精度高等特点，广泛应用于永磁同步电机的矢量控制调速系统中^[9]。鉴于以上优点，本论文将根据永磁同步电机的矢量控制和直接转矩控制以及效率优化控制技术，实现基于TMS320F2812的永磁同步电机变频调速系统的效率优化控制^[10]。

二、国内外发展现状：

(1)国外现状

永磁同步电机调速系统的研究在国外起步较早,技术相对国内更为成熟^[11]。目前市场代表厂商主要来自欧、美、日等国家。德国的Rexroth公司首先在1978年汉诺威贸易博览会上推出了MAC永磁同步电机系列及其调速系统,目前该产品有7个机座号92个规格的完整系列,调速范围0～6000rpm,而转矩脉动仅为1%。美国的AMC、艾默生、ABB等公司也推出了全数字化的永磁同步电机调速系统,可实现大范围变速响应小于1ms,运行稳,低速无爬行状态。日本在永磁同步电机调速系统的研制方面已经走在世界的前列,知名的有安川、松下、发那科等专业从事电机调速系统开发的公司。例如松下Minas些列永磁同步电机调速系统,速度响应频率可达1KHz,并且内置自适应滤波器,可根据负载惯量的变化自动调节增益。可实现异常速度自检测,并自动校正^[12]。