如何实现对永磁同步电动机的控制？

一、永磁同步电动机的工作原理

永磁同步电机通过定子产生的磁场与转子产生的磁场之间的磁力作用来实现动力传递。其定子上的齿槽通过三相交流电流来产生旋转磁场，而转子则通过永磁体产生恒定的磁场。当定子旋转磁场的频率与转子磁场的频率一致时，磁力作用相互抵消，使得转子能够同步运转。这种同步运转的特性使得永磁同步电机在工业领域得到广泛应用。

二、如何实现对永磁同步电动机的控制？

1、矢量控制：

矢量控制是目前应用最广泛的永磁同步电机控制策略之一。它基于电机的数学模型和空间矢量调制技术，通过控制电机的转子磁场和定子电流来实现对电机的精确控制。矢量控制可以实现高动态性能和高效率，适用于各种负载条件下的应用。

FOC算法流程可以叙述如下：

（1） 首先对电机相电流进行采样得到三相静止坐标系下电流分量 Ia 、Ib、Ic ;

（2） 然后对Ia、Ib、Ic进行Clark变换得到两相静止坐标系下电流分量 Iα、Iβ;

（3） 然后将Iα、Iβ进行Park变换得到同步选择坐标系下的电流分量 Id、Iq;

（4） 将 Id、Iq与给定的Id、Iq分别进行做差计算，并将差值作为两个电流环PI控制器的输入（在此说明一下：一般当采用双闭环id=0矢量控制时，Id的值选择为0，而Iq的输入是速度环PI控制器的输出，并且速度环PI控制器的输入是传感器测得的实际转速n和给定参考转速n*的差值）；

（5） 将电流环PI控制器的输出电压Ud 、Uq进行反Park变换得到 Uα、Uβ;

（6） 随后将Iα、Iβ输入到空间脉宽矢量调制技术模块进行调制并输出 PWM 波信号， 从而控制三相逆变器中 6 个开关管的通断，将直流电压逆变成无限接近正弦波的电压信号，以此驱动永磁同步电机转动，实现闭环控制。

图1.1 永磁同步电机矢量控制转矩控制框图

2、直接转矩控制（DTC）：

直接转矩控制是利用Bang-Bang控制（滞环控制）产生PWM信号，对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而获得转矩的高动态性能。其基本操作是：将磁链转矩设定值与磁链转矩实际值的误差传给滞环比较器，并经过离线运算开关表获得合适的电机空间矢量，从而实现电机的调速控制.

工作原理如下：

不同于矢量控制技术，DTC利用Bang-Bang控制（滞环控制）产生PWM信号，对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而获得转矩的高动态性能。DTC具有自己的特点，它在很大程度上解决了矢量控制中存在的一些问题，如计算的复杂特性，易受电动机参数变化的影响， 实际性能难以达到理论分析结果等。

DTC摒弃了传统矢量控制中的解耦思想，而是将转子磁通定向更换为定子磁通定向，取消了旋转坐标变换，减弱了系统对电机参数的依赖性，通过实时检测电机定子电压和电流，计算转矩和磁链的幅值，并分别与转矩和磁链的给定值比较，利用所得差值来控制定子磁链的幅值及该矢量相对于磁链的夹角，由转矩和磁链调节器直接输出所需的空间电压矢量，从而达到磁链和转矩直接控制的目的。

（1）搭建一个基础的直接转矩控制框架

图2.1 永磁同步电机直接控制转矩控制框图

图2.2 永磁同步电机直接控制转矩控制系统原理图

（2）在Simulink找到所需的模块

（3）使用Simulink搭建直接转矩模型

（4）设置相应参数

（5）进行仿真运行并观察相应数据

速度：

转矩：

电流：

永磁同步电机的控制策略包括矢量控制、直接转矩控制等。每种控制策略都有其特点和适用范围，选择合适的控制策略可以实现对永磁同步电机的精确控制，提高电机的性能和效率。