永磁同步电机国内外研究现状与发展趋势

对于伺服电机来说,若可以较为完好的实现直接转矩控制,那么将会减少系统的硬件架构,同时延长系统的使用寿命,易于检修维护,降低成本。


永磁同步电机发展的过程中,其控制方法也发生了较大改变(逐渐)。目前,永磁同步电机控制系统主要分成三种方法:

(1)直接转矩控制系统(DTC):

鲁棒性强、转矩动态响应速度快、控制结构简单。从系统结构上来说,DTC系统解决了FOC系统结 构复杂、计算 量大、抗干扰能力差等问题。但是由于在系统设计中带有滞环比较器,因此低速状态下会不可避免的产生电磁转矩脉动;并且在电机温度升高时候,其内部的定子电阻阻值会发生改变,这样会导致磁链估计精度降低,产生磁链波动。

(2)矢量控制系统(FOC):

一种非线性、强耦合、多变量的控制系统。它利用控制定子电流矢量的方式将磁链与转矩解耦来进行电机控制。从控制精度上来讲,矢量控制比直接转矩控制更为精确,但是在实际使用中,系统特性受电动机参数的影响较大,也就是说其系统抗干扰能力差,且在进行电动机数学模型等效化简过程中所用矢量旋转变换较为复杂,使得实际控制效果并非很理想。

(3)恒压频比控制系统(VVVF):

是一种可以确保电动机的过载能力和主磁通保持稳定值的控制系统。它会保证压频比、气隙磁通不变,防止电动机饱和或欠励磁的情况发生。VVVF的缺点在于其开环的结构导致控制无法得以精确;其优点为结构十分简单方便使用。由于系统结构简单,维护简便,因此这种控制方式多用于风机或者水泵上。

DTC系统结构简单,被广泛用于推进系统以及牵引系统中。但是由于DTC系统在低速状态下转矩脉动过大,且若通过改良控制器或细分电压矢量的方法进行优化却使得控制系统过于冗杂,因此在高精度的伺服系统中仍是以矢量控制为主。

对于伺服电机来说,若可以较为完好的实现直接转矩控制,那么将会减少系统的硬件架构,同时延长系统的使用寿命,易于检修维护,降低成本。所以,针对DTC以及FOC系统进行改良与升级将会成为日后各专家、学者对于PMSM控制方式研究的发展趋势。在目前国内外对于以上控制方式的改良方法中,比较有代表性的包括:如模糊控制器等的位置控制系统、各种消除转矩脉动的控制系统、转子位置及转速的检测控制系统及高速区域控制系统等。