永磁同步电机高性能弱磁控制策略的研究

【摘要】：永磁同步电机(PMSM)因具有高效率、高功率密度、调速范围极宽等优点,在轨道交通、电动汽车、暖通空调、风力发电等行业应用十分广泛,国内学者在这方面的研究获得丰硕成果。与此同时,永磁体材料和电力电子器件的突破性发展,交流传动技术和PMSM控制理论的不断发展和提高,使得永磁同步电机的研究和实践应用日趋完善,由永磁同步电机驱动的控制系统将越来越广泛。本文首先介绍永磁同步电机的发展概括及结构特点,分析了永磁同步电机控制理论的发展和国内外弱磁控制的研究,由矢量变换理论出发,构建永磁同步电机在dq旋转坐标系下的数学模型,结合空间矢量脉冲宽度(SVPWM)调制技术,为全文的研究提供理论基础。在此基础上,分析矢量控制理论用于永磁同步电机控制的几种控制策略:id=0控制、最大转矩电流比控制(MTPA)、单位功率因数控制、弱磁控制,最大输出功率控制和最大转矩电压比控制(MTPV),并分析了永磁同步电机弱磁控制原理及电机运行弱磁区域的全过程。然后,提出基于id负向电流补偿和基于最大转矩电压比的两种永磁同步电机弱磁控制方案,并提出基于模糊推理的平滑过渡策略,实现电机运行从区域1(恒转矩区)到区域2(恒功率区),区域2到区域3(深度弱磁区)的平滑过渡。同时,还考虑电机参数对弱磁能力的影响,提出一种基于负载测试法的永磁同步电机参数辨识。在上述理论分析基础上,利用MATLAB/SIMULINK对提出的方法进行了仿真验证;然后,通过d SPACE半实物仿真实验平台进行硬件设计和软件设计,并进行仿真实验;最后,通过模拟实验室的地铁永磁牵引系统实验平台进行验证性试验。得出的结果都表明提出方案的准确性和有效性。