PMSM 超前角弱磁控制系统组成

可以通过控制电流超前角β ，使直轴电流id 在弱磁范围内削弱永磁体磁势，达到弱磁控制的目的。

由 PMSM 基本矢量控制系统（id = 0）结构框图（图 2-12）可以看出，电流PI 调节器通常会有限幅环节，保证其输出的给定电压值不超过逆变器所能提供的最高电压。随着转速的增加，电动机的定子端相电压就会升高，电流 PI 调节器的输出就会逐步接近饱和值，使调节裕量减少，影响调节能力。

当电流 PI 调节器饱和后，电动机的定子端电压达到最大值，分析图 2-13，

电流矢量is达到电压极限圆上的 A 点，使电动机电流失去控制。定子电流矢量轨迹将由电压极限方程（式 2-19）和电流极限方程（式 2-21）决定。此时is 将脱离A 点，可能会向 D 点或向 B 点摆动。如果在 A 点能够控制is，使其iq 逐渐减小，id 逐渐增大，那么is 必然会向左摆动，使得反向直轴电流id抵消永磁体磁通。由式（2-22）可知，这会使定子电压幅值us减小，Us < Ulim，使调节器脱离饱和，与此同时，随着id的逐渐增大和iq 的逐渐减小，转子速度范围会逐步扩大。根据 PMSM 的弱磁工作原理，电流矢量is 在 dq 坐标系上，沿着电流极限圆由q轴按逆时针方向转过一定角度——即电流超前角β ，这样可以利用id 的去磁作用减小永磁体磁通，保证电动机端电压不超过极限值，防止电流 PI 调节器饱和，这就是 PMSM 弱磁过程，在这一过程中，对id 和iq的控制就是弱磁控制

分析电流 PI 调节器饱和的原因主要是定子端相电压达到了逆变器提供的最高电压，而逆变器输出的最高电压一般是由直流侧电压决定的。因此，当 PMSM弱磁运行时，id 必然和电动机端电压值及直流侧电压值有关，可以利用电动机端电压控制电流超前角β 的相位，构成对 PMSM 的闭环弱磁控制。基于这样的控制思想，可以得到 PMSM 超前角弱磁控制系统框图，如图 2-14 所示。

从图 2-14 可以看出，与id=0 矢量控制系统（图 2-12）比较，该系统增加了

一个带电压 PI 调节器的反馈环，由电动机端电压

和检测到的直流侧电压Udc 之间的偏差，通过电压 PI 调节器来控制 β 的相位。在弱磁

时，适当增大β 的相位，这样可以反向增加直轴电流id，对气隙磁通产生去磁作

用，达到弱磁扩速的目的。增大电流超前角，可以提高转速；减小电流超前角，

可以降低转速。

（1）当Us低于Udc 时，由于饱和环节的作用，电压 PI 调节器处于正向饱和，输出电流超前角β 为零， id=is*sinβ = 0,相当于 id=0 控制，此时，电动机处于基速以下恒转矩运行；

（2）随着电动机转速的增加，电动机端电压的逐步升高，当Us大于Udc 时，电压PI 调节器输入为负值，调节器开始退饱和，电流超前角 β 输出负的相位移角度， id=is*sinβ 产生负的电流分量，此时，电动机进入弱磁调速状态。

3）在调速过程中，注意对id需要一定的限制，定义最大去磁电流id_max=ψf/Ld，且abs(d)  < id_max；同时考虑电流沿电流极限圆达到iq = 0 时，id = id_lmit,，综合这两个条件，弱磁控制时id 的极限值为：

在本论文中，PMSM 超前角弱磁控制系统采用数字式控制。由于控制回路中电流 PI 调节器输出的参考电压值反映了对逆变器直流侧电压的利用率，因此，可以将电流 PI 调节器的输出值作为电压反馈回路的输入控制量，从而可以省去控制系统中的电压传感器和采样电路环节。采用该控制方案，各 PI 调节器参数都是在一定的直流侧电压利用率的情况下整定的，虽然直流侧电压的变化会影响PI 调节器的性能，但通常直流侧电压的变化范围不大，并且电压 PI 调节器具有一定的鲁棒性，因此，基本可以保证电动机的稳定运行。

 

同时，在数字式控制方案中，电压外环是通过电压 PI 控制器对电压偏差进行调节，通常电压给定值Umax  = Udc*Ku（Ku 为比例系数），Umax的大小与直流侧电压和PWM控制方法有关，若采用空间矢量电压调节的方法（即SVPWM调制），为了保证电压不超出空间电压六边形边界，通常取Ku =  1/sqrt( 3) =  0.577。在实际系统中，由于电流谐波、逆变器电压损失以及电流调节器中的电流积分都会引起额外的电压降，因此，电压环的Umax 会小于Udc*1/sqrt( 3)，可以选择Ku 范围在[0.5, 0.577] 。

如果Ku 选择太小，系统可能会没有达到转折速度就提前进入弱磁控制模式；如果Ku  选择太大，系统中电流调节器输出电压可能会超过要求的极限值，不能满足电压极限圆的要求，使系统不稳定。

通过以上对控制系统的简化处理，可以得到处理后的系统控制框图（如图2-15），其中控制部分由软件算法实现，最终实现 PMSM 在基速以下恒转矩运行和基速以上恒功率弱磁运行时的不同矢量控制方法，以及电动机在两个运行状态间的平滑、稳定过渡。

转自《永磁同步电动机弱磁调速控制方法的研究》

转载于:https://www.cnblogs.com/iable/archive/2012/03/08/4206901.html