D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.06.020 第30卷第6期 北京科技大学学报 Vol.30 No.6 2008年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2008 基于空间矢量脉宽调制的永磁同步电动机直接磁链控 制 马保柱李华德胡广大 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要针对永磁同步电动机电流矢量控制及传统直接转矩控制的缺点，提出了一种基于定子磁链直接控制的速度和转矩 控制策略，通过直接控制定子飚链矢量的轨迹来实现飚链和转矩的控制，具有恒定开关频率及转矩和磁链脉动较小等优点， 并给出了直接磁链控制应用的必要条件，仿真证明，提出的控制方案适用于恒转矩区和弱磁区的控制，且在较宽的速度运行 范围内改善了速度和转矩控制的动态响应，明显优于传统的电流控制方案 关键词永磁同步电动机：空间矢量脉宽调制：磁链控制：转矩控制：弱磁控制 分类号TM921.5 Direct flux control of permanent magnet synchronous motors based on space vec- tor pulse width modulation MA Baozhu.LI Huade,HU Guangda School of Information Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACI To overcome some shortcomings in current vector control (CVC)and basic direct torque control,a new speed and torque control strategy based on direet flux control(DFC)was presented.In this method.the flux and torque are controlled through directly controlling the trajectory of stator flux vector.It has some advantages such as fast dynamic response,constant switching fre- quency,reduced torque and flux ripple.The necessary condition for direct flux control to a permanent magnet synchronous motor (PMSM)was put forward.Simulation results show that the strategy not only operates well in the constant torque range,but also in the flux weakening range,and it improves fast dynamic response of speed and torque control over wide speed operation,better than the traditional current vector control. KEY WORDS permanent magnet synchronous motor (PMSM):space vector pulse width modulation (SVPWM):flux control: torque control:flux weakening control 与异步电动机相比，永磁同步电动机有着很多 这就要求矢量控制要综合考虑转矩电流的线性度、 优点，如高功率密度和结构紧凑，因此关于控制永磁 瑞电压限制、功率限制、电枢反应等诸多因素，导致 同步电动机(permanent magnet synchronous motor, 控制结构复杂，而且由于有限的母线电压及扩速区 PMSM)的研究越来越多，矢量控制和直接转矩控制 内电流调节器的饱和，使得在过渡过程及弱磁区内 是PMSM控制的主要方式， 的控制目标很难实现， 在传统的矢量控制方式中，是通过控制d、q轴 直接转矩控制(direct flux control,DTC)与矢 电流来控制电机转矩，因此既需要控制电流的幅 量控制方式比有很多优点，如不需要电流调节器、复 值，又要控制电流的相位，同时需要精确的转子位置 杂的坐标变换，及脉宽调制(pulse width modulation, 信息，以保证逆变器输出频率等于转子的角频率。 PWM)信号发生器，除了结构简单，直接转矩控制允 许在静态及瞬态运行时快速的转矩响应，而且与电 收稿日期：2007-04-13修回日期：2007-05-29 流控制相比，直接转矩对电机参数的变化不太敏感 作者简介：马保柱(1966一)，男，博士研究生：李华德(1941一)，男， 传统的直接转矩控制采用转矩滞环、磁链滞环控制 教授，博士生导师，Email:hd@ies-ustb-edu-cn 器，并从预制的开关量表中选取电压矢量，采用六边基于空间矢量脉宽调制的永磁同步电动机直接磁链控 制 马保柱 李华德 胡广大 北京科技大学信息工程学院‚北京100083 摘 要 针对永磁同步电动机电流矢量控制及传统直接转矩控制的缺点‚提出了一种基于定子磁链直接控制的速度和转矩 控制策略‚通过直接控制定子磁链矢量的轨迹来实现磁链和转矩的控制‚具有恒定开关频率及转矩和磁链脉动较小等优点‚ 并给出了直接磁链控制应用的必要条件．仿真证明‚提出的控制方案适用于恒转矩区和弱磁区的控制‚且在较宽的速度运行 范围内改善了速度和转矩控制的动态响应‚明显优于传统的电流控制方案． 关键词 永磁同步电动机；空间矢量脉宽调制；磁链控制；转矩控制；弱磁控制 分类号 T M921∙5 Direct flux control of permanent magnet synchronous motors based on space vec￾tor pulse width modulation MA Baoz hu‚LI Huade‚HU Guangda School of Information Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT To overcome some shortcomings in current vector control （CVC） and basic direct torque control‚a new speed and torque control strategy based on direct flux control （DFC） was presented．In this method‚the flux and torque are controlled through directly controlling the trajectory of stator flux vector．It has some advantages such as fast dynamic response‚constant switching fre￾quency‚reduced torque and flux ripple．T he necessary condition for direct flux control to a permanent magnet synchronous motor （PMSM） was put forward．Simulation results show that the strategy not only operates well in the constant torque range‚but also in the flux weakening range‚and it improves fast dynamic response of speed and torque control over wide speed operation‚better than the traditional current vector control． KEY WORDS permanent magnet synchronous motor （PMSM）；space vector pulse width modulation （SVPWM）；flux control； torque control；flux weakening control 收稿日期：2007-04-13 修回日期：2007-05-29 作者简介：马保柱（1966—）‚男‚博士研究生；李华德（1941—）‚男‚ 教授‚博士生导师‚E-mail：lhd＠ies．ustb．edu．cn 与异步电动机相比‚永磁同步电动机有着很多 优点‚如高功率密度和结构紧凑‚因此关于控制永磁 同步电动机（permanent magnet synchronous motor‚ PMSM）的研究越来越多‚矢量控制和直接转矩控制 是 PMSM 控制的主要方式． 在传统的矢量控制方式中‚是通过控制 d、q 轴 电流来控制电机转矩．因此既需要控制电流的幅 值‚又要控制电流的相位‚同时需要精确的转子位置 信息‚以保证逆变器输出频率等于转子的角频率． 这就要求矢量控制要综合考虑转矩电流的线性度、 端电压限制、功率限制、电枢反应等诸多因素‚导致 控制结构复杂‚而且由于有限的母线电压及扩速区 内电流调节器的饱和‚使得在过渡过程及弱磁区内 的控制目标很难实现． 直接转矩控制（direct flux control‚DTC）与矢 量控制方式比有很多优点‚如不需要电流调节器、复 杂的坐标变换‚及脉宽调制（pulse width modulation‚ PWM）信号发生器‚除了结构简单‚直接转矩控制允 许在静态及瞬态运行时快速的转矩响应‚而且与电 流控制相比‚直接转矩对电机参数的变化不太敏感． 传统的直接转矩控制采用转矩滞环、磁链滞环控制 器‚并从预制的开关量表中选取电压矢量‚采用六边 第30卷 第6期 2008年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．6 Jun．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．06．020