.676. 北京科技大学学报 第30卷 制器和复杂的坐标变换；与直接转矩控制方式相比， 矩之间的差值，经过PI调节器得到给定磁链相位角 改变转矩和磁链滞环，以定子磁链矢量为控制器的 增量，同时根据给定转矩结合转子速度，确定定子 给定，结构同样简单. 磁链的幅值，再由控制器确定定子磁链幅值增量， 图2中，速度误差信号经过转矩给定计算后得 这样，系统根据磁链相位角和幅值增量、磁链观测信 到给定转矩，当观测的转矩小于给定转矩时，控制器 号等参数，由控制器计算出给定参考电压矢量U, 将迫使定子磁链以更快的速度旋转以增加转矩角 最后经空间矢量脉宽调制(SVPWM)模块得到三相 δ，从而使转矩偏差为零，再根据给定转矩与实际转 控制信号，送给逆变器以控制永磁同步电动机， 转矩给定PI △6 △a 磁链给定 控制器 SVM VSI 计算 wd或w Te 转矩 磁链 观测 4 PMSM 图2PMSM直接磁链控制结构图 Fig.2 Block diagram of direet flux control of PMSM 在DFC控制中，转矩和定子磁链是被控制的而 +2业a-g=0 不显现地控制电流的变化，这就意味着转矩的快速 响应仅与相应的定子磁链矢量有关，所以转矩指令 这样，就得到了MTPF时平a和平，的关系： 及定子磁链矢量的选取应保证电流不超过极限值， =++ 2 (12) 在DTC控制中常采用优化的方法就是根据参 考转矩选择定子磁链，如最大转矩/电流(MTPA)方 法，或最大转矩/磁链(MTP℉)方法，以往的方法都 其中，k=gLa Lg 是先得到MTPA轨迹，然后根据轨迹制成相应的表 结合式(9)和(12)就可得到在基速以下满足 格，最后从表格中查出转矩对应的相应定子磁链，从 MTPF时的平a和平，再代入式(3)就可得到定子 而实现MTPA轨迹控制，现在从另一方面考虑就是 磁链的给定值平，，为区别于基速以上的磁链给定 如何从平a和平，的关系中得到MTP℉. 值，将其表示为平 2.1磁链给定和转矩的给定 在直接磁链控制过程中，电磁转矩随着磁链矢 在基速以下，将式(1)和(2)代入式(4)得到： 量的幅值和转矩角δ的变化而变化，当磁链幅值恒 定时，为了保证最佳的转矩控制效果，在6=0附 业，=P(k1Ya十k2) (9) 近，有下式约束存在： 脚4=士，记6=是 IVKLL (13) 因为 对于所提出的MTPF控制，应当控制的是定子 =Ψ+Ψ2=业+ T (10) 磁链的幅值和转矩，只要转矩被限制在相应的最大 P2(k1Ψa+2)2 转矩之内，相应的最大转矩角就不会超过， 为了得到MTPF,对一个恒定的转矩，平，应当是最 当定子磁链幅值一定时，在最大转矩角δmx处 小的，这样平：和平。的关系可以从最小化平。得出： 将获得最大转矩Tema· dy -2T2k1 -2,+p1-0 在基速以上，即进入弱磁区以后，MTPF策略不 d平 (11) 能再使用，定子磁链的幅值应随着角速度的增加而 结合式(9)可得： 降低，遵从下面的公式：制器和复杂的坐标变换；与直接转矩控制方式相比‚ 改变转矩和磁链滞环‚以定子磁链矢量为控制器的 给定‚结构同样简单． 图2中‚速度误差信号经过转矩给定计算后得 到给定转矩‚当观测的转矩小于给定转矩时‚控制器 将迫使定子磁链以更快的速度旋转以增加转矩角 δ‚从而使转矩偏差为零．再根据给定转矩与实际转 矩之间的差值‚经过 PI 调节器得到给定磁链相位角 增量．同时根据给定转矩结合转子速度‚确定定子 磁链的幅值‚再由控制器确定定子磁链幅值增量． 这样‚系统根据磁链相位角和幅值增量、磁链观测信 号等参数‚由控制器计算出给定参考电压矢量 Uout‚ 最后经空间矢量脉宽调制（SVPWM）模块得到三相 控制信号‚送给逆变器以控制永磁同步电动机． 图2 PMSM 直接磁链控制结构图 Fig．2 Block diagram of direct flux control of PMSM 在 DFC 控制中‚转矩和定子磁链是被控制的而 不显现地控制电流的变化‚这就意味着转矩的快速 响应仅与相应的定子磁链矢量有关‚所以转矩指令 及定子磁链矢量的选取应保证电流不超过极限值． 在 DTC 控制中常采用优化的方法就是根据参 考转矩选择定子磁链‚如最大转矩／电流（MTPA）方 法‚或最大转矩／磁链（MTPF）方法‚以往的方法都 是先得到 MTPA 轨迹‚然后根据轨迹制成相应的表 格‚最后从表格中查出转矩对应的相应定子磁链‚从 而实现 MTPA 轨迹控制‚现在从另一方面考虑就是 如何从 Ψd 和 Ψq 的关系中得到 MTPF． 2∙1 磁链给定和转矩的给定 在基速以下‚将式（1）和（2）代入式（4）得到： Ψq＝ Te P（ k1Ψd＋k2） （9） 其中‚k1＝ 1 Lq — 1 L d ‚k2＝ Ψf L d ． 因为 Ψ2 s＝Ψ2 d＋Ψ2 q＝Ψ2 d＋ T 2 e P 2（ k1Ψd＋k2） 2 （10） 为了得到 MTPF‚对一个恒定的转矩‚Ψs 应当是最 小的‚这样 Ψd 和Ψq 的关系可以从最小化Ψs 得出： dΨ2 s dΨd ＝2Ψd＋ —2T 2 e k1 P 2（ k1Ψd＋k2） 3＝0 （11） 结合式（9）可得： Ψ2 d＋ k2 k1 Ψd—Ψ2 q＝0． 这样‚就得到了 MTPF 时 Ψd 和 Ψq 的关系： Ψd＝ k 2 Ψf＋ Ψ2 q＋ k 2 Ψf 2 （12） 其中‚k＝ Lq Lq— L d ． 结合式（9）和（12）就可得到在基速以下满足 MTPF 时的 Ψd 和 Ψq‚再代入式（3）就可得到定子 磁链的给定值 Ψ∗ s ‚为区别于基速以上的磁链给定 值‚将其表示为 Ψ∗ s1． 在直接磁链控制过程中‚电磁转矩随着磁链矢 量的幅值和转矩角 δ的变化而变化．当磁链幅值恒 定时‚为了保证最佳的转矩控制效果‚在 δ＝0附 近‚有下式约束存在： ｜ψs｜＜ Lq Lq— L d Ψf （13） 对于所提出的 MTPF 控制‚应当控制的是定子 磁链的幅值和转矩‚只要转矩被限制在相应的最大 转矩之内‚相应的最大转矩角就不会超过． 当定子磁链幅值一定时‚在最大转矩角 δmax处 将获得最大转矩 Te max． 在基速以上‚即进入弱磁区以后‚MTPF 策略不 能再使用‚定子磁链的幅值应随着角速度的增加而 降低‚遵从下面的公式： ·676· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷