基于转子磁场定向的永磁同步电机牵引控制策略

王要强+谢海霞+秦明+蒋亚杰

摘 要： 以永磁同步电机为控制对象，研究了其转子磁场定向驱动的控制策略。首先分析永磁同步电机的数学模型，基于此研究转子磁场定向永磁同步电机的调速控制策略，并设计了速度外环和电流内环的调节器，最后通过系统仿真验证了整个驱动控制策略的有效性。结果表明，系统抗干扰能力强，具有良好的动静态性能。

关键词： 永磁同步电机； 转子磁场定向； 调速系统； 牵引控制

中图分类号： TN03?34； TM351 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）01?0129?05

Abstract： The permanent magnet synchronous motor （PMSM） is taken as the control object， and its drive control strategy based on rotor field orientation is investigated. The mathematical model of the PMSM is analyzed. On this basis， the PMSM speed control strategy based on rotor field orientation is studied， and the regulators of the outer speed loop and inner current loop were designed. The effectiveness of the whole drive control strategy was verified with system simulation. The results show that the system has strong anti?interference ability， and excellent dynamic and static performance.

Keywords： permanent magnet synchronous motor； rotor field orientation； speed regulating system ； traction control

0 引 言

永磁同步电机由于具有结构简单、体积小、效率高、运行可靠等优势，在电力机车、机器人、航空航天等工业应用领域展示了巨大的潜力[1?3]。随着电力电子技术和现代控制理论的不断发展，以及近年来钕铁硼等永磁材料价格的回归，永磁同步电机系统已经具有非常高的性价比，永磁同步电机的驱动控制已成为交流调速系统的一个重要研究领域[4?6]，并引起了国内外学者的广泛关注。

永磁同步电机是强耦合、多变量、非线性的复杂系统[7?8]，且运行时经常面临各种各样的干扰。这些干扰可能由于内部或外部因素，例如：摩擦力、工作温度和负载扰动等，因此改善永磁同步电机调速系统的动静态性能，提高其鲁棒性及驱动控制问题是提升整个调速系统性能的关键环节[9?10]。

本文在永磁同步电机数学模型推导的基础上，研究了基于转子磁场定向的永磁同步电机驱动控制系统，并在Matlab/Simulink环境下搭建系统仿真模型进行仿真研究。……