论文总字数：21679字

摘 要

永磁同步电机是目前世界上广泛使用的电力机械，它具有出色的性能，但是在高速区域下的表现不甚理想，因此需要对其进行弱磁控制研究。

变交轴电压的单电流调节器弱磁控制是一种优秀的弱磁控制策略，它可以避免双电流器的耦合问题以及容易饱和的问题。通过分析交直轴电流耦合方程得出，在交轴电压给定的情况下，直轴电流和交轴电流呈线性关系，因此只用一个直轴电流调节器就可以控制交轴电流，从而控制直轴电压，最终控制转矩输出。

本文的定子磁链观测器采用改进电压模型，通过连接低通滤波器和高通滤波器来减少直流产生的差值，同时将补偿环节与滤波环节做相应的置换，将反馈值经过模块的计算来补偿幅值和相位，更加精确地观测磁链。

在弱磁控制方面，本文采用了变交轴电压给定的方法，通过电压电流的约束方程计算得出交轴电压值，此方法根据电机工作状况自动调节，不依赖电机参数，可以在电压电流的限制下达到最大输出转矩，充分发挥利用电机的带载能力。

通过在Simulink里面的仿真，搭建了变交轴单电流器弱磁控制的永磁同步电机模型以及定子磁链的观测器模块，根据示波器给出的波形图，可以得出这种弱磁控制策略能有效的在高速区域对电机进行控制。

关键词：永磁同步电机 弱磁控制 单电流调节器 定子磁链观测器 变交轴电压

Research on high speed area control technology of built-in permanent magnet motor

Abstract

PMSM is widely used in the world at present, it has excellent performance, but the performance in high-speed areas is not very ideal, so it needs to be studied for weak magnetic control.

Weak magnetic control of single current regulator with variable AC voltage is an excellent weak magnetic control strategy, which can avoid coupling problem of double current and easy saturation problem. By analyzing the AC-axis current coupling equation, it is concluded that the AC-axis current is linearly related to AC-axis current given AC-axis voltage.

The stator flux observer uses an improved voltage model to reduce the difference generated by dc by connecting a low-pass filter and a high-pass filter. at the same time, the compensation link and the filter link are replaced accordingly. the feedback value is calculated by the module to compensate the amplitude and phase, and the flux is observed more accurately.

In the field of weak magnetic control, this paper adopts the method of variable AC voltage given, and calculates the AC voltage value by the constraint equation of voltage and current. This method is automatically adjusted according to the working condition of the motor, and can achieve the maximum output torque under the limit of voltage and current, and make full use of the load capacity of the motor.

Based on the simulation in the Simulink, the model of PMSM and the observer module of stator flux are built. According to the waveform diagram given by the oscilloscope, it can be concluded that the weak magnetic control strategy can effectively control the motor in the high speed area.

Keywords：Permanent magnet synchronous motor Weak Magnetic Control Single current regulator Stator flux observer Quadrature-axis Variable Axial voltage

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1课题背景与意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1弱磁区域内置永磁电机电流调节器 1

1.2.2定子磁链的观测器技术 2

1.2.3弱磁区域的磁场控制技术 2

1.3本文主要研究内容 3

第二章 弱磁区域内置永磁电机电流调节器的设计 4

2.1永磁同步电机的物理模型和数学模型 4

2.1.1永磁同步电机的物理模型 4

2.1.2统一化动态数学模型 6

2.1.3坐标变换 8

2.1.4转子磁场坐标系PMSM动态数学模型 9

2.1.5 Clark变换 10

2.1.6 Park变换 12

2.2电流调节器的介绍 15

2.3电流内环调节器的参数整定 15

2.4转速外环调节器的参数整定 17

第三章 电机定子磁链的观测器技术 19

3.1定子磁链观测器的介绍 19

3.2误差的产生与如何补偿 19

3.3改良补偿算法 21

第四章 弱磁区域的磁场控制技术 23

4.1矢量控制 23

4.1.1永磁同步电机的矢量控制 23

4.1.2 SVPWM调制 23

4.2弱磁控制理论 23

4.2.1弱磁扩速的原理 23

4.2.2电压极限椭圆 24

4.2.3电流极限圆 24

4.2.4传统的弱磁控制理论 25

4.3单电流调节法 27

4.3.1单电流调节器的理论支持 28

4.3.2交轴电压的给定方法 29

第五章 系统仿真 31

5.1永磁同步电机单电流调节器弱磁控制仿真模型 31

5.1.1各模块仿真 31

5.2仿真结果分析 34

5.2.1电流调节器的仿真结果 34

5.2.2定子磁链观测器的仿真结果 35

5.2.3弱磁控制的仿真结果 36

结语 39

参考文献 40

致谢 42

附录 43

引言

1.1课题背景与意义

人类制造出的首个以电为发动能源的机械就是永磁电机，这种机械能够将电能和机械能之间进行转化，通过磁场的作用下。电流励磁和由永磁体都可以产生磁场，但不幸的是受限于当时材料的磁性不够，电励磁电机成为了主流的机械，然而这一个世纪以来，随着技术的持续提高，永磁材料的磁性到达了一个新的阶段，永磁电机再一次走上了时代的舞台。我国的稀土资源十分丰富，在永磁电机的生产上具有天然的优势，大力研发推广稀土永磁电机，有利于实现我国社会主义现代化建设。

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