【正文】 的數(shù)學(xué)模型 如下： 電壓方程 ???????????????????????????qqqdddqddqdqddiRdtdiRdtdiRdtduiRdtdu2222221100?? () 磁鏈方程 ?????????????????????qmqqqqfmddmddddqmqqqqfmddmddddiLiLiLiLiLiLiLiLiLiL22222222 () 電磁轉(zhuǎn)矩方程 )( qqddem iipT ???? () 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程 ????? ?RTTdtdJ Lem () 式中 ， u ——電壓 ； i ——電流 ； ψ ——磁鏈 ； d、 q ——下標(biāo)，分別表示定子的 d、 q 軸分量 ； 2d、 2q ——下標(biāo)，分別表示轉(zhuǎn)子的 d、 q 軸分量 ； Lmd、 Lmq ——定、轉(zhuǎn)子間 d、 q 軸互感 ； Ld、 Lq ——定子繞組 d、 q 軸電感， Ld=Lmd+L1， Lq=Lmq+L1； L2d、 L2q ——轉(zhuǎn)子繞組 d、 q 軸電感， L2d=Lmd+L2， L2q=Lmq+L2； Ll、 L2 ——定、轉(zhuǎn)子漏電感 ； if ——永磁體的等效勵(lì)磁電流 (A)，當(dāng)不考慮溫度對(duì)永磁體的影響時(shí)，其值為一常數(shù)， mdff Li ?? ； f? ——永磁體產(chǎn)生的磁鏈 ，可由 ?0ef ?? 求取， e0 為空載反電動(dòng)勢(shì)，其值為每相繞組反電動(dòng)勢(shì)有效值的 3 倍，即 00 3Ee ? ； J ——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (包括轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載機(jī)械折算過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 )； RΩ ——阻力系數(shù) ； TL ——負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ； P =d/dt—— 微分算子。 失量控制實(shí)際上是對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流矢量相位和幅值的控制。 1 2 3 1 2 3 最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡 *di Tem*= Tem*= 圖 永磁同步電動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩軌跡 圖 在 *di 、 *qi 平面上給出了一組轉(zhuǎn)矩標(biāo) 么值各不相同的轉(zhuǎn)矩曲線。電動(dòng)機(jī) 可達(dá)到的最搞電壓越大，輸出轉(zhuǎn)矩越小，則最高轉(zhuǎn)速越高。 圖 定子電流矢量軌跡 聯(lián)立式（ ）和式（ ），可以得到電動(dòng)機(jī)采用最大轉(zhuǎn)矩 /電流控制 且電流達(dá)到極限值時(shí)（即最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡與電流極限圓相交時(shí)）電動(dòng)機(jī)的直、交軸 電流為 ????????????????22l i m2l i m22)(4)(8dqqdqdffdiiiLLiLLi? () 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的端電壓和電流均達(dá)到極限值式，由上式和電壓方程可推導(dǎo)出此時(shí)di qi 電流極限圓 電壓極限圓 最大功率輸出軌跡 最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡 1A 1? 3? o 4A 3A 電壓極限橢圓 軌跡最大功率輸出 電流極限圓 1A 最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡 di qi 1? 3? 3A 4A o 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)折速度 )(168)()( 222l i ml i mqddfqdfqbLLCLCLLiLpu????????? () 式中 2l i m22 )(8 iLLC qdff ?????? ? （ 1） id=0 控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方法，該方法無(wú)去磁效應(yīng)，控制算法簡(jiǎn)單， 電磁轉(zhuǎn)矩與定 子電流成正比。 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(chǎng) (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。電動(dòng)機(jī)超過(guò)某一轉(zhuǎn)速后，在任一給定轉(zhuǎn)速下，在電動(dòng)機(jī)電壓軌跡橢圓軌跡上存在著一點(diǎn)，該點(diǎn)所表示的定子電流矢量使電動(dòng)機(jī)輸入的功率最大，相應(yīng)地輸出功率也最大。 (1) 轉(zhuǎn)子復(fù)合式永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁方案 這種弱磁方案的定子 結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)相同，轉(zhuǎn)子采用復(fù)合式結(jié)構(gòu) ——永磁段轉(zhuǎn)子 +磁阻段轉(zhuǎn)子 ，兩者之間有間隙，以防止漏磁 。用電勢(shì)關(guān)系表述即為 : Nd IXE ??0 () 所以，普通永磁同步電機(jī)不滿足產(chǎn)生寬廣恒功率弱磁調(diào) 速范圍的條件式 ()和式 ()。圖中， A 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩為 Tem1，為電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速 ω1 時(shí)可輸出的最大轉(zhuǎn)矩 (電壓和電流均達(dá)到了極限值，故 ω1 即為電動(dòng)機(jī)最大恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)折速度 )。 與電勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)不同，永磁同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)因由永磁體產(chǎn)生而無(wú)法調(diào)節(jié)，只有通過(guò)調(diào)節(jié)定子電流，即增加定子直軸去磁電流分量來(lái)維持高速運(yùn)行時(shí)電壓的平衡，達(dá)到弱磁擴(kuò)速的目的。 圖 最大轉(zhuǎn)矩 /電流控制時(shí) PMSM 定子電流與電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)系曲線 a)交、直軸電流與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 b)定子電流與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 圖 電流與轉(zhuǎn)矩的影響 圖 因數(shù)與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡方程與電流圓交與 A 點(diǎn)（圖 ），通過(guò) A 點(diǎn)的電壓極限橢圓所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為 ω1。另外，該方法沒(méi)有電樞反應(yīng)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的去磁問(wèn)題，而且電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行期間都具有較高的效率和較高的功率因數(shù)。 電流極限圓 電動(dòng) 機(jī)的電流軌跡方程為 2lim22 iii qd ?? () 式 中， limlim 3Ii ? ， Ilim 為電動(dòng)機(jī)可以達(dá)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(biāo)原點(diǎn)為圓心的圓 (示于圖 中 )。對(duì)于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的要求可歸納為：響應(yīng)快、精度高、脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小、系統(tǒng)效率和功率因數(shù)高等。 f? ——轉(zhuǎn)子永磁體磁極的勵(lì)磁磁鏈 ?？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。較強(qiáng)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(shuō)在保持系統(tǒng)性能不變的前提下降低電機(jī)的最大功率，從而降低逆變器的容量。 電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì) 1) 純蓄電池驅(qū)動(dòng)的超微型汽車 這種汽車降低 了汽車的動(dòng)力性和續(xù)駛里程的要求 ，充電過(guò)程比較簡(jiǎn)單 ，車速不高 ，較適合于市內(nèi)或社區(qū)小范圍內(nèi)使用。 燃料電池汽車已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出性能樣車 ， 燃料電池轎車?yán)塾?jì)運(yùn)行 4000 k m，燃料電池客車?yán)塾?jì)運(yùn)行8000k m；混合動(dòng)力客車已在武漢等地公交線路上試驗(yàn)運(yùn)行超過(guò) 14 萬(wàn) k m；純電動(dòng)轎車和純電動(dòng)客車均已通過(guò)國(guó)家有關(guān)認(rèn)證試驗(yàn)。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示 ，豐田汽車公司已占有全球混合動(dòng)力汽車市場(chǎng) 9 0％的份額。其中 關(guān)鍵問(wèn)題是一次充電續(xù)行里程和價(jià)格，目前在車載蓄電池技術(shù)未能突破的條件下，電動(dòng)汽車調(diào)速系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車基本性能和解決這一關(guān)鍵問(wèn)題的重要因素。電動(dòng)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(diǎn)，成為當(dāng)今汽車研究、開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。 44 軟件控制簡(jiǎn)要說(shuō)明 35 本章小結(jié) 弱磁控制是永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 的前沿課題。 關(guān)鍵詞 ： 永磁同步電動(dòng)機(jī)； 矢量控制；弱磁控制 ；控制器 Abstract This dissertation is devoted to the study on Permanent mag synchronous motor (PMSM) drive system for electric vehicle (EV) application. It is mainly to improve the control of motors, then expand the scope of the motor speed. PMSM has the advantage of small volume, high efficiency and power density, especially inner permanent mag synchronous motor have the ability of wide fieldweakened operation. Therefore there search on PMSM has entered a new stage since the 1980’s with the improvement of ratio between the performance and the price of the rare earths PM material and the development of the power electronics devices. Vector control (VC) theory is a great breakthrough in the AC speed control field. Also details of the VC of PMSM is presented in the paper， and the analysis of several circuit control strategies of VC theory applied to the PMSM control， which include the id=0 control， cosφ =1 control and the max torque/current control. The paper discusses the theory of weaking flux speed control of PMSM which is a new development direction. Then it brings out three new weaking flux plans， which have special rotor structures. This dissertation is devoted to the study of hardware on PMSM drive system for EV application. Based on TI pany DSP specialdesigned for motor control on TMS320LF2407A designs and develops a fulldigital PMSM vector control system, and hardware of the system is acplished. Finally, the experiment has been done for the drive which design in the paper. Result of the experiment indicate validity of the fieldweakening method which introduced in the paper. Key word : PMSM Vector control fieldweakened operation controller 目 錄 1 緒論 9 永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁控制研究現(xiàn)狀 21 最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡 42 位置檢測(cè)接口電路 開(kāi)發(fā)高性能、無(wú)污染的電動(dòng)汽車得到各國(guó)政府、汽車制造商、科研院所的高度重視，紛紛制定電動(dòng)汽車研制計(jì)劃，掀起全球范圍內(nèi)的電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)熱潮。其中永磁電機(jī)具有高效、高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、低噪聲的特點(diǎn)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)磁路結(jié)構(gòu)能夠獲得較高的弱磁性能，