第13卷第3期 智能系统学报 Vol.13 No.3 2018年6月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Jun.2018 D0:10.11992/tis.201707028 网络出版t地址：http:/kns.cnki.net/cms/detail/23.1538.TP.20180404.1621.016.html 磁通切换型定子永磁电机的建模与线性自抗扰控制 王科磊，陈增强，孙明玮，孙青林 (南开大学计算机与控制工程学院，天津300350) 摘要：磁通切换型永磁(FSPM)电机是一种新型的定子永磁型无刷电机，在制造业及航海等领域具有很好的应用前 景。FSPM电机的高性能控制具有很大的难度。在分析这种电机工作原理的基础上，建立了其在定子坐标系和转子 旋转坐标系下的数学模型。采用电流滞环的PWM控制策略，并将线性自抗扰控制器(LADRC)引入到其调速系统 中。稳态和动态仿真结果表明，采用LADRC的磁通切换永磁电机比采用PI控制的调速系统具有更好的启动特性， 并在转速突变和突加负载扰动时具有更强的鲁棒性。 关键词：磁通切换：定子永磁电机：线性自抗扰控制器：调速系统：电流滞环比较；PWM控制：鲁棒性 中图分类号：TP18:TM301.2文献标志码：A文章编号：1673-4785(2018)03-0339-07 中文引用格式：王科磊，陈增强，孙明玮，等.磁通切换型定子永磁电机的建模与线性自抗扰控制小，智能系统学报，2018,13(3)： 339-345. 英文引用格式：WANG Kelei,,CHEN Zengqiang,.SUN Mingwei,etal.Modeling and linear active-disturbance-rejection control of flux-switching stator permanent magnet motor(J CAAI transactions on intelligent systems,2018,13(3):339-345. Modeling and linear active-disturbance-rejection control of flux-switching stator permanent magnet motor WANG Kelei,CHEN Zengqiang,SUN Mingwei,SUN Qinglin (College of Computer and Control Engineering,Nankai University,Tianjin 300350,China) Abstract:Flux-switching permanent magnet(FSPM)motor is a new type of stator permanent magnet brushless motor. It has good prospects for application in the manufacturing industry and navigation.However,it is very difficult to real- ize high-performance control of FSPM motors.In this study,based on an analysis of the working principle of this type of motor,mathematical models are established for the stator coordinate system and the rotor rotating coordinate system. The current-hysteresis PWM control strategy is adopted,and the linear active-disturbance-rejection controller (LADRC) is introduced into the speed control system of this paper.The steady-state and dynamic-state simulation results show that the FSPM with LADRC has better starting characteristics than the PI-controlled speed regulation system.In addition,the proposed system is more robust to mutation of rotation speed and sudden exertion of load disturbance. Keywords:flux-switching;stator permanent magnet motor;linear active-disturbance-rejection controller;speed regula- tion system;current hysteresis comparison;PWM control;robustness 传统的转子永磁型电机需要对其转子加装专门 的问题，被认为具有广泛的应用价值。定子永磁 的装置，才能克服转子在运作时所产生的离心力， 型电机具有直流偏置磁场、定子外漏磁和端部漏磁 因此导致此电机结构复杂，制造成本高昂。磁通切 等独特的电磁现象，这使得此类电机的分析和计 换型永磁电机(flux-switching permanent magnet,. 算难度进一步加大。对于FSPM电机的高性能控制， FSPM)将永磁体放在定子侧，是一种较新的定子永 结合矢量控制和电流滞环控制的电机控制方法， 磁型电机，其克服了以上所述的转子永磁电机存在 目前被国内外学者采用较多。针对不同的控制要 求，FSPM电机还可以采用SVPWM控制和弱磁控 收稿日期：2017-07-17.网络出版日期：2018-04-04 基金项目：国家自然科学基金项目(61573199,61573197) 制等策略I6”。近年来，对于FSPM电机的调速系 通信作者：陈增强.E-mail:chenzq@nankai..edu.cn 统，一些先进控制算法s1也越来越多地被应用于其DOI: 10.11992/tis.201707028 网络出版地址: http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20180404.1621.016.html 磁通切换型定子永磁电机的建模与线性自抗扰控制 王科磊，陈增强，孙明玮，孙青林 （南开大学 计算机与控制工程学院，天津 300350） 摘 要：磁通切换型永磁 (FSPM) 电机是一种新型的定子永磁型无刷电机，在制造业及航海等领域具有很好的应用前 景。FSPM 电机的高性能控制具有很大的难度。在分析这种电机工作原理的基础上，建立了其在定子坐标系和转子 旋转坐标系下的数学模型。采用电流滞环的 PWM 控制策略，并将线性自抗扰控制器 (LADRC) 引入到其调速系统 中。稳态和动态仿真结果表明，采用 LADRC 的磁通切换永磁电机比采用 PI 控制的调速系统具有更好的启动特性， 并在转速突变和突加负载扰动时具有更强的鲁棒性。 关键词：磁通切换；定子永磁电机；线性自抗扰控制器；调速系统；电流滞环比较；PWM 控制；鲁棒性 中图分类号：TP18；TM301.2 文献标志码：A 文章编号：1673−4785(2018)03−0339−07 中文引用格式：王科磊, 陈增强, 孙明玮, 等. 磁通切换型定子永磁电机的建模与线性自抗扰控制[J]. 智能系统学报, 2018, 13(3): 339–345. 英文引用格式：WANG Kelei, CHEN Zengqiang, SUN Mingwei, et al. Modeling and linear active-disturbance-rejection control of flux-switching stator permanent magnet motor[J]. CAAI transactions on intelligent systems, 2018, 13(3): 339–345. Modeling and linear active-disturbance-rejection control of flux-switching stator permanent magnet motor WANG Kelei，CHEN Zengqiang，SUN Mingwei，SUN Qinglin (College of Computer and Control Engineering, Nankai University, Tianjin 300350, China) Abstract: Flux-switching permanent magnet (FSPM) motor is a new type of stator permanent magnet brushless motor. It has good prospects for application in the manufacturing industry and navigation. However, it is very difficult to real￾ize high-performance control of FSPM motors. In this study, based on an analysis of the working principle of this type of motor, mathematical models are established for the stator coordinate system and the rotor rotating coordinate system. The current-hysteresis PWM control strategy is adopted, and the linear active-disturbance-rejection controller (LADRC) is introduced into the speed control system of this paper. The steady-state and dynamic-state simulation results show that the FSPM with LADRC has better starting characteristics than the PI-controlled speed regulation system. In addition, the proposed system is more robust to mutation of rotation speed and sudden exertion of load disturbance. Keywords: flux-switching; stator permanent magnet motor; linear active-disturbance-rejection controller; speed regula￾tion system; current hysteresis comparison; PWM control; robustness 传统的转子永磁型电机需要对其转子加装专门 的装置，才能克服转子在运作时所产生的离心力， 因此导致此电机结构复杂，制造成本高昂。磁通切 换型永磁电机 (flux-switching permanent magnet, FSPM) 将永磁体放在定子侧，是一种较新的定子永 磁型电机，其克服了以上所述的转子永磁电机存在 的问题，被认为具有广泛的应用价值[1-3]。定子永磁 型电机具有直流偏置磁场、定子外漏磁和端部漏磁 等独特的电磁现象[4] ，这使得此类电机的分析和计 算难度进一步加大。对于 FSPM 电机的高性能控制， 结合矢量控制和电流滞环控制的电机控制方法[5] ， 目前被国内外学者采用较多。针对不同的控制要 求，FSPM 电机还可以采用 SVPWM 控制和弱磁控 制等策略[6-7]。近年来，对于 FSPM 电机的调速系 统，一些先进控制算法[8-10]也越来越多地被应用于其 收稿日期：2017−07−17. 网络出版日期：2018−04−04. 基金项目：国家自然科学基金项目 (61573199, 61573197). 通信作者：陈增强. E-mail：chenzq@nankai.edu.cn. 第 13 卷第 3 期 智 能 系 统 学 报 Vol.13 No.3 2018 年 6 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Jun. 2018