【正文】 應去磁磁通能夠完全消弱磁通(指基波分量)。措施2：使電樞電流的交軸分量iq逐漸減小，從而減小其電樞反映的助磁作用及氣隙合成磁場(這是一種等效弱磁)，這種弱磁能力的大小與交軸電感iq成正比。 永磁同步電動機的弱磁控制 永磁同步電動機弱磁控制的基本原理永磁同步電動機弱磁控制的思想來源于他勵直流電動機的調(diào)磁控制。 電壓極限橢圓軌跡最大功率輸出電流極限圓最大轉矩/電流軌跡電流極限圓電壓極限圓最大功率輸出軌跡最大轉矩/電流軌跡聯(lián)立式（）和式（），可以得到電動機采用最大轉矩/電流控制且電流達到極限值時（即最大轉矩/電流軌跡與電流極限圓相交時）電動機的直、交軸電流為 ()當電動機的端電壓和電流均達到極限值式，由上式和電壓方程可推導出此時電動機的轉折速度 ()式中（1）id=0控制是一種最簡單的控制方法，該方法無去磁效應，控制算法簡單，電磁轉矩與定子電流成正比。最大轉矩/電流控制的控制算法是根據(jù)電動機的電磁轉矩方程，滿足定子電流的條件極值下導出。電動機可達到的最搞電壓越大，輸出轉矩越小，則最高轉速越高。當轉矩增大時，與電流平方成正比的磁阻轉矩要比與電流呈線性關系的用磁轉矩增加得更快，故最大轉矩/電流軌跡越來越偏離q軸。1 2 3 1 2 3 最大轉矩/電流軌跡 Tem*= Tem*= 永磁同步電動機恒轉矩軌跡、平面上給出了一組轉矩標么值各不相同的轉矩曲線。當逆變器直流側電壓最大值為Uc時，Y型接法的電動機可達到的最大基波相電壓有效值 ()而在dq軸系統(tǒng)中的電壓極限值為。如何根據(jù)給定的轉矩來確定交軸電流和直軸電流，實際上就是對定子電流矢量控制的問題。對于內(nèi)置式轉子結構，由于直軸磁路上有永磁體，所以LdLq(即)，表面式轉子結構，Ld=Lq，因此不存在磁阻轉矩。分析正弦波電流控制的永磁同步電動機最常用的方法就是dq數(shù)學模型，它不僅可用于分析正弦波永磁同步電動機的穩(wěn)態(tài)運行，也可用于分析電動機的瞬態(tài)性能。再確定磁鏈和電流正方向后，永磁同步電動機在A、B、C坐標系下的定子方程為： ()式中， ， ， 式中，——A、B、C三相繞組電流。 課題主要工作本課題主要圍繞永磁同步電動機弱磁調(diào)速的研究，采用矢量控制的方法研究弱磁調(diào)速，（1）對永磁同步電動機的運行原理進行研究，分析永磁同步電動機的功率、轉矩特性，損耗及效率特性；建立起精確的永磁同步電動機的數(shù)學模型，為控制策略的研究提供基礎。采用過調(diào)制技術，根據(jù)零電壓矢量作用時間判斷過調(diào)制起始點，用查表法確定調(diào)制比，提高逆變器直流母線電壓利用率，實現(xiàn)對永磁同步電動機弱磁運行區(qū)域的擴展。其弱磁控制是利用直軸電樞反應使電機氣隙磁場減弱，從而達到等效于減弱磁場的效果。與此同時，對永磁同步電動機的調(diào)速控制性能也提出了更高的要求，高性能的永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)除了要有良好的轉矩控制性能外，還應具有較寬的調(diào)速范圍。 2) 驅(qū)動電機呈多樣性發(fā)展 美國傾向于采用交流感應電機，其主要優(yōu)點是結構簡單、可靠，質(zhì)量較小，但控制器技術較復雜；日本多采用永磁無刷直流電機，優(yōu)點是效率高，起動扭矩較大，質(zhì)量較小，但成本較高，且有高溫退磁、抗振性、較差等不足；德國、英國等大力開發(fā)開關磁阻電機，優(yōu)點是結構簡單、可靠，成本較低，缺點是質(zhì)量較大，易于產(chǎn)生噪聲。純電動汽車。2004年5月在北京召開的世界氫能大會上，我國自主研發(fā)的燃料電池轎車和客車樣車與世界領先的奔馳公司樣車同堂展出，引起了世界的驚贊。2004年12月14日，通用汽車公司與戴姆勒—克萊斯勒汽車公司對外宣布，雙方將在開發(fā)混合動力電動汽車的技術領域攜手，共同推進此項技術的發(fā)展。繼PRIUS混合動力轎車之后 ，豐田汽車公司還推出了ESTIMA混合動力汽車和搭載軟混合動力系統(tǒng)的CROWN轎車。目前，世界上能夠批量產(chǎn)銷混合動力汽車的企業(yè) ，只有日本的豐田和本田兩家汽車公司。因此，對電動汽車調(diào)速系統(tǒng)的研究開發(fā)具有重要的社會意義和工程實際意義。因此電動汽車的研究開發(fā)得到我國政府的高度重視。作為清潔、節(jié)能的新型交通工具，電動車具有無與倫比的優(yōu)勢，是唯一可以做到“零排放”的車輛。最后對所設計的電動汽車用永磁同步電動機驅(qū)動系統(tǒng)進行了初步的實驗驗證，表明采用本文所提出的全速范圍弱磁控制算法具有較快的動態(tài)響應速度，可以滿足調(diào)速系統(tǒng)弱磁性能要求。永磁同步電動機具有體積小、效率高以及功率密度大等優(yōu)點，特別是內(nèi)置式PMSM具有較寬的弱磁調(diào)速能力。論文分析了永磁同步電動機弱磁調(diào)速原理，提出了三種特殊轉子結構的新弱磁方案。電動汽車由于具有低排放甚至零排放、低噪聲和節(jié)能等優(yōu)點，成為當今汽車研究、開發(fā)和推廣應用的熱點之一。我國機動車排放引起的環(huán)境污染日趨嚴重，極大地影響著人們的生活質(zhì)量。其中關鍵問題是一次充電續(xù)行里程和價格，目前在車載蓄電池技術未能突破的條件下，電動汽車調(diào)速系統(tǒng)是實現(xiàn)電動汽車基本性能和解決這一關鍵問題的重要因素。開發(fā)出一系列機電一體化—集驅(qū)動、制動、測速、轉向為一體的高度集成化的驅(qū)動模塊，具有自主知識產(chǎn)權的高性能車用永磁電機系統(tǒng)，可以加快我國電動汽車的產(chǎn)業(yè)化進程。有關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示 ，豐田汽車公司已占有全球混合動力汽車市場9 0％的份額。美國的汽車公司在電動汽車產(chǎn)業(yè)化方面比來自日本的同行遜色不少，三大汽車公司僅僅小批量生產(chǎn)、銷售過純電動汽車，而混合動力和燃料電池電動汽車目前還未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，來自日本的混和動力電動汽車在美國市場上占據(jù)了主導地位。燃料電池汽車已經(jīng)成功開發(fā)出性能樣車，燃料電池轎車累計運行4000 k m，燃料電池客車累計運行8000k m；混合動力客車已在武漢等地公交線路上試驗運行超過14萬k m；純電動轎車和純電動客車均已通過國家有關認證試驗。2003 年11月8日，湖北省啟動武漢電動汽車試驗示范運行工作，先后投入6輛由東風電動車輛股份有限公司研制的混合動力客車，已累計運行14萬k m，載客15萬人次 ；混合動力轎車按ECE城市工況與基本車型進行的對比試驗顯示，其燃料經(jīng)濟性提高40％左 右 ，達到了節(jié)油的目的。 電動汽車的發(fā)展趨勢1) 純蓄電池驅(qū)動的超微型汽車 這種汽車降低了汽車的動力性和續(xù)駛里程的要求 ，充電過程比較簡單 ，車速不高 ，較適合于市內(nèi)或社區(qū)小范圍內(nèi)使用。 4) 燃料電池汽車燃料電池汽車在成本和整體性能上，特別是行程和補充燃料時間上明顯優(yōu)于其他電池的電動汽車，并且燃料電池所用的燃料(甲醇、汽油、柴油、天然氣等)來源廣泛，可實現(xiàn)無污染 、零排放等環(huán)保標準。較強的弱磁性能能夠在逆變器容量不變的情況下提高系統(tǒng)性能；或者說在保持系統(tǒng)性能不變的前提下降低電機的最大功率，從而降低逆變器的容量。基于虛擬瞬時功率的弱磁控制方法?？刂仆猸h(huán)的電壓可以確保電流調(diào)節(jié)器在任何工況下不至于飽和，從而取得較滿意的控制效果。2 電動汽車永磁同步電動機弱磁調(diào)速控制策略分析 永磁同步電動及數(shù)學模型永磁同步電動機的定子與傳統(tǒng)的感應電動機定子結構基本相同，有空間對稱分布的A、B、C三相繞組，轉子上安裝有永磁體，永磁體的勵磁磁場與定子繞組中電流產(chǎn)生電磁藕合作用，使電動機轉動。 ——轉子永磁體磁極的勵磁磁鏈。電機穩(wěn)態(tài)運行時，電磁轉矩可表示為 ()電壓可表示為 () 相應的輸入功率 ()電磁功率 ()為了推導方便，對dq坐標系下的永磁同步電動機的方程標么化，上標*表示標么化以后的物理量。對于電動機轉矩控制的要求可歸納為：響應快、精度高、脈動轉矩小、系統(tǒng)效率和功率因數(shù)高等。通過電流控制環(huán)，可以使電動機實際輸入三相電流iA、iB、iC與給定的指令值、一致，從而實現(xiàn)了對電動機轉矩的控制。 電流極限圓電動機的電流軌跡方程為 ()式中，Ilim為電動機可以達到的最大相電流基波有效值，式()表示的電流矢量軌跡為一以idiq平面上坐標原點為圓心的圓()。對于凸極永磁同步電動機的最大轉矩/電流軌跡是關于d軸對稱的一條曲線，且在坐標原點處與q軸相切，在第二象限和第三項向內(nèi)的漸進線均為一條450的直線。目前大多小功率的永磁同步電動機伺服系統(tǒng)都采用id=0的控制方法。電動機工作于轉矩隨定子電流增大而增大的區(qū)間時，交、直軸電流與電機電磁轉矩關系曲線如圖5b)所示。在最大轉矩/電流軌跡的OA段上，電動機可以以該軌跡上的個點恒轉矩運行，且通過該點的電壓極限橢圓所對應的轉速即為在轉矩下的轉折速度，而交點A對應于輸出轉矩最大時的轉矩速度。在該控制方法基礎上，還可以方便的加入弱磁控制方法，改善電動機恒功率運行時的輸出轉矩的性能。永磁同步電動機電壓方程如下式 ()從上式可以發(fā)現(xiàn)，當電動機端電壓隨轉速升高到逆變器能夠輸出的最大電壓之后，若要繼續(xù)升高電機的速度，永磁同步電機將無法再作恒轉矩運行，而必須采取下述措施之一(或兼而用之)，以維持電樞繞組的電勢平衡，從而獲得一個新的調(diào)速范圍。因此，一般是通過增加直軸去磁電流來實現(xiàn)弱磁。轉速進一步升高到ω2(ω2ω1)時，最大轉矩/電流軌跡與電壓極限圓相交于B點，對應的轉矩為Tem2(Tem2 Tem1)，若此時定子電流矢量偏離最大轉矩/電流軌跡，由B電移至C點，則電動機可輸出更大的轉矩Tem1，從而提高了電動機超過轉折速度時的輸出功率。定義永磁同步電動機的擴速倍數(shù)為kξ ()Kξ的具體表達式為 ()顯然，弱磁擴速倍數(shù)表示的是永磁同步電動機在空載且不計電機各種損耗時的弱磁擴速能力。式()是普通永磁同步電機的固有特性，是弱磁難的原因。在低速時，電機電流控制角很小，交軸分量電流很大，直軸分量電流很小。其中，ALA沖片形式可以獲得更高的凸極比，但是提高了加工難度，從而提高了成本。可通過改變勵磁電流極性來改變輔助電勵磁磁場極性，從而調(diào)節(jié)永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場(實現(xiàn)弱磁)。 本章小結矢量控制是一種高性能的交流電機控制方式，它的核心思想就是通過坐標變換將交流電機近似成直流電機來控制。轉速檢測。24OxA的代碼與以往的 C24xDSP控制器兼容，并集成了為電機和運動控制裝置優(yōu)化設計的一些先進的外部設備，從而使真正的單片DSP控制成為可能。所以，在電流檢測信號處理電路初級采用在線可編程儀用放大器AD526，面向不同的電流檢測范圍，通過調(diào)節(jié)不同信號放大倍數(shù)來滿足系統(tǒng)測量精度要求。 位置檢測接口原理電路圖 PWM信號輸出及動作保護電路盡管在DSP輸出的PWM中已經(jīng)加入了死區(qū)時間，但系統(tǒng)設計中依然從硬件方面采取措施，利用GEL器件22V10D保證同一相的上、下橋臂的互鎖保護。 對定子電流的磁場分量和轉矩分量分別進行控制；178。每旋轉一周，位置計數(shù)器通過標志信號脈沖（Index）清零。內(nèi)部數(shù)字濾波器主信號源 QtimerA0次信號源主信號源 QtimerA1次信號源主信號源 QtimerA2次信號源主信號源 QtimerA3次信號源主信號源 QtimerD0次信號源正交解碼器位置計數(shù)器脈沖計算器周期定時器時基縱聯(lián)模式CLK/2CLK不用PHASEAPHASEBINDEX 正交定時器模塊的配置 轉子位置檢測轉子位置檢測和速度檢測利用了定時器模塊A中的4個正交定時器和1個用于實際的定時器。計數(shù)器A1設置成當計數(shù)到（（4每轉脈沖數(shù)）1）并經(jīng)過比較之后重新初始化。測周法時檢測正交解碼器兩個邊沿信號之間的時間；測頻法是在固定的一個時間內(nèi)檢測正交信號的脈沖個數(shù)，即檢測一定時間內(nèi)的位置差。時基是由定時器D0提供的，它可以提供900μs的速度處理周期。將1024和1/(36MHz/2)分別代入式()（定時器A2輸入時鐘=系統(tǒng)時鐘36MHz/2），得到最大轉速為263672 r/m。這樣不但可 以簡化圖形、減少模塊個數(shù)，還可以象其他標準模塊一樣，封裝后的模塊可以有相應的圖標和方便使用的對話框 。仿真中，指令速度值為n=3000rad/s，在t =，轉速穩(wěn)定在指定值n=3000rad/s，并且不受影響；電機電磁轉矩在初始運行時突增到150 N系統(tǒng)中主要包括：磁通觀測器、磁通給定電路、弱磁補償，其他環(huán)節(jié)與轉子磁場定向弱磁控制相同。不過要獲得較好的動態(tài)響應曲線，需要對各控制器參數(shù)進行優(yōu)化，此外對負載角的控制需要今后進一步的研究。結果表明:本文所設計的電動汽車用永磁同步電動機驅(qū)動系統(tǒng)運行可靠、穩(wěn)定，采用本文所提出的弱磁控制具有較快的動態(tài)響應速度，可以滿足系統(tǒng)弱磁性能要求，能實現(xiàn)電動汽車的寬速，高效運行。本文對電動汽車用永磁同步電動機驅(qū)動系統(tǒng)的設計進行了深入研究，開發(fā)了以 DSPTMs320LF2407A為核心的全速范圍矢量控制系統(tǒng)。由于是空載，轉速穩(wěn)定后，負載角δ=0。直軸電壓Ud、。電機仿真參數(shù)id,iq電流計算模塊dqabc坐標變換模塊PWM逆變器模塊永磁同步電動機電機參數(shù)測量模塊示波器轉子轉角 系統(tǒng)仿真Simulink結構框圖 最大轉矩\電流控制仿真單位電流最大轉矩控制是永磁同步電動機用得較多的一種電流控制策略, 其要求在電機輸出給定力矩條件下, 控制定子電流的模值最小。由于實際中電機轉速不可能達到如此高的最高轉速，因此，可以通過調(diào)整速度系數(shù)k，使得最高轉速達到實際需要值。從這時起，PHASEA信號的第