内置式永磁同步电机驱动系统的研究与实现

【摘要】：近年来，随着新型永磁材料不断涌现及性能的不断完善，电力电子装置的快速发展以及现代控制理论算法的日益成熟，使得永磁同步电动机系统的研发和应用进入了一个新阶段。在此背景下，采用永磁同步电机特别是具有更强扩速能力的内置式永磁同步电机作为电动汽车的核心动力，以最终解决汽车工业对环境污染的问题，具有越来越强的趋势，因此研究高性能内置式永磁同步电动机驱动系统具有较强的理论意义和实用价值。 首先，论文分析了永磁同步电机控制的研究现状及发展趋向，并推导了永磁同步电机的数学模型、坐标变换以及矢量控制原理，并在此基础上重点介绍了内置式永磁同步电机弱磁调速方法原理，并分析了各种弱磁方式的优缺点。 其次，针对在某些场合对电机驱动系统宽调速的特殊要求，研究了超前角弱磁控制策略，并在理论上分析了影响整个弱磁控制性能的系统参数；通过构建一个附加的电压指数外环，在线检测逆变器的直流母线电压利用率，使电机在弱磁模式下成功实现定子电流的再次合理分配。仿真结果表明，该弱磁控制策略的弱磁切换光滑且弱磁扩速能力强。 此外，还研究了速度环模糊PID控制方案，并与传统PID控制进行了比较，仿真结果表明模糊PID控制使系统响应速度快，超调小，抗干扰能力强，在较宽的调速范围内具有自适应性，适合于复杂工况条件下运行。 最后，分析了实验系统软件设计方案及其相关流程，将最大转矩比电流控制与超前角弱磁控制有效结合，并将此控制方案应用于以TMS320f2812为主控芯片的控制系统；在不同负载情况下，进行了动态响应能力、抗负载扰动能力以及弱磁调速性能的相关实验，实验结果分析表明，此方案具有理论有效性与工业应用能力。