基于id=0的永磁同步电机矢量控制研究

王　军,潘　健（湖北工业大学电气与电子工程学院,武汉　430068）

基于id=0的永磁同步电机矢量控制研究

王军,潘健
（湖北工业大学电气与电子工程学院,武汉430068）

近三十多年来电动机矢量控制，直接转矩控制等控制技术的问世和计算机人工智能技术的进步，使得电动机的控制理论和实际控制技术上升到了一个新的高度。据目前情况而言，交流永磁同步电机驱动系统大多选择采取矢量控制的方式，本文主要从id=0控制的角度对其进行研究。

矢量控制；id=0；研究

交流永磁同步电机（后文简称PMSM）矢量控制思想本质上来说就是通过对定子电流的矢量相位和幅值的控制从而达到控制电机转矩。由式（4.23）可知，如果npψriq和np（Ld-Lq）的值如果确定，转矩此时仅由id和iq来决定，而且两者一定是跟踪着一定的id*和iq*，且与一定的转矩相对应，因此便可以达到电机转矩控制的目的。

由于实际接入电机电枢绕组的电流是三相交流的，假定分别为iu，iv，iw，由此，id和iq的反馈值必须在变换阵进行变换。因为d轴方向与永磁体磁链方向是一致的，PMSM转子在空间的位置就是d轴的空间位置，而且可由速度/位置传感器进行测量得到。必须说明，对电机稳态和瞬态运行来说电流矢量控制都是可行的。还因为id和iq两者都是可以单独控制的，使得各种先进的控制更容易实现。

id=0控制就是让PMSM定子电流的直轴分量始终等于0。由PMSM在dq坐标下的电压方程：

直轴电流等于0，也就是说直轴绕组等效电路开路状态不工作。于是，不妨忽略定子直轴电压分量的影响，仅由交轴电压方程可得：此时PMSM和他励直流电机雷同，定子电枢绕组即是交轴电流分量；励磁磁链等于转子永磁体产生的磁链，其大小恒定不变；在等效交轴绕组中，励磁电势只和转子角速度成正比。因为定子磁动势与转子磁场两者的空间矢量是正交的，所以此时电磁转矩跟交轴电流成正比，由式（4.23）简化得到：

仅当iq增大到imax时，电机达到恒定的最大电磁转矩，转速从0提速至额定转速，反电动势也相应增大，其值接近电压限幅值。根据电机参数，此时电压极限椭圆与电流极限圆两者在q轴上相交，交点在q轴上电流极限圆的顶点A位置，如图4-2所示，可以得到A点位置的电动机转速和转矩：

当转速超出额定值继续升速时，电压极限椭圆要向内缩小，因而在该控制策略下，电流矢量轨迹只能是由A沿q轴向坐标原点移动，移动到原点时，转矩接近为零。该转速所对应的电压极限椭圆的长轴经过原点，可求得此时电机转速为：

比较式（4）和（5）可知，电动机转速由式（4）上升到式（5），升速范围较窄，同时在升速过程中转矩下降明显，将近为零。因此，对于永磁同步电动机来说，采用id=0控制，电动机转速适合在额定转速以下范围内运行。只利用电磁转矩变量IQ控制的控制方法，此控制方法简单，控制灵活，因此被广泛应用于永磁同步电机伺服系统。

[1]龚云飞.交流永磁同步电机伺服系统的仿真及实现[D].哈尔滨工业大学:龚云飞,2006.

[2] 张少华.永磁同步电机矢量控制策略研究与控制器实现[D].中南大学:张少华,2008.

王军，男，湖北工业大学硕士研究生，江阴华姿中等专业学校教师，技师。