文 献 综 述

近年来，随着永磁材料性能的提高、永磁电机的开发经验的逐步成熟，永磁电机在工农业、国防、日常生活等方面得到了广泛的应用。交流永磁电机按照气隙磁场的分布形式的不同，分为方波型的永磁无刷电机与正弦型的永磁同步电机，习惯上，分别将它们称为永磁无刷直流电机 (brushless direct current motor, BLDC)、永磁同步电(permanent magnet synchronous motor, PMSM)。文献[1][2][3]表明永磁无刷直流电机结构简单、控制技术成熟，在仪器仪表、家电、电动车等行业得到了广泛的应用。无刷直流电机由于存在严重的转矩脉动问题，从而限制了其控制性能的提高。永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、功率因数高、转矩电流比高、转动惯量低、易于维护等优点；文献[4][5][6]指出，永磁同步电机采用正弦波驱动，具有转矩脉动小、调速比高、定位精度高等优点。

DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。文献[7]指出DSP因为运算速度快、数据处理能力强，控制功能更强，适用于较复杂的电机控制系统，如实现永磁同步电机的空间矢量控制算法等。

永磁同步电机从结构上可以划分为内转子结构和外转子结构两种。文献[8]根据转子上的永磁体的安装位置的不同，永磁同步电机一般分为表面式与内置式。文献[9][10]表面式转子结构又可分为凸出式与插入式两种，因永磁材料相对回复磁导率接近1，即其交轴电感等于直轴电感，因此表面凸出式磁路转子为隐极转子结构；插入式转子的直轴电感小于交轴电感，因此表面插入式磁路转子为凸极转子结构。

在永磁同步电机当中，定转子磁场同步旋转，为了分析的方便，将定子A-B-C 三相电路参数转换到α #8722;β 坐标系下。α#8722;β 坐标系与d#8722;q坐标系的区别是，α#8722;β 坐标系为静止坐标系，而d #8722;q 坐标系随转子同步旋转。将A-B-C 三相坐标系转换到α#8722;β 两相静止坐标系又叫做Clarke 变换，α#8722;β 两相静止坐标系转换到d#8722;q 两相旋转坐标系叫做Park 变换，d#8722;q两相旋转坐标系到α#8722;β两相静止坐标系的变换叫Park逆变换。

文献[11]指出永磁同步电机的控制策略主要有以下三种：

（一）调压调频控制（VF） VF 控制方式是控制电机的定子电压和频率，是一种开环控制，更适用于采用异步电机的调速系统，精度要求也不太高，如风机、水泵等。用 VF 方式控制重载的同步电机，电机可能会失步。

（二）矢量控制（FOC） 文献[12] 1971年德国学者 F.Blaschke 提出了”直接（反馈型）矢量控制”，而文献[13]1969 年德国 Darmstadt 科技大学 K. Hasse 提出了”间接（indirect VC 又称前馈型）矢量控制”。文献[14]给出了矢量控制的基本思想是：磁场定向坐标通过矢量变换，将三相交流电机的定子电流分解成相互垂直的励磁电流分量 id和转矩电流分量iq，这两个分量彼此独立，可以分别进行调节，从而获得像直流电动机一样良好的动态特性。

矢量控制按照控制目标可以分为：（1）磁场定向控制：控制d轴电流为0，使定子电流没有直轴分量，只有交轴分量。（2）文献[15]最大转矩电流控制：在输出目标转矩的条件下，最优配置d、q轴电流，使得所需的定子电流最小。（3）功率因数等于1控制：通过控制定子d、q 轴电流，保持电机的功率因数恒为1。 （4）恒磁链控制：以电机气隙磁链和转子永磁磁链相等为目标，对定子电流进行控制，属于气隙磁场定向控制方式。 （5）转矩线性控制。 （6）最大输出功率控制。

（三）文献[16]直接转矩控制（DTC）1985年，德国鲁尔大学的 M.Depenbrock 教授在瞬时空间理论研究的基础上，提出了直接转矩控制理论。直接转矩控制是把转矩直接作为被控制量来控制，和矢量控制不同，它没有用到旋转坐标变换，也不依赖于通过电流、磁链等间接控制转矩。文献[17][18]直接转矩控制最早被应用于在感应电机上，1997 年LZhong 等人将算法改造后在仿真和实验中应用于永磁同步电机的控制。文献[19]如今，在各大知名品牌中，只有 ABB 公司在通用变频器中运用了直接转矩控制算法。