哈尔滨工业大学科研团队提出永磁同步电机的弱磁控制新方法

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永磁同步电机（PMSM）因其效率高、功率密度高、起动转矩大、调速范围宽等优点被广泛应用于家用电器、交通运输、工业自动化等领域。为了兼顾宽调速范围和大转矩输出能力的要求，在逆变器输出到达极限时常采用弱磁控制进一步提升电机转速。

传统弱磁控制方法主要包括前馈弱磁方法、反馈弱磁方法和混合弱磁方法。三种方法中前馈弱磁方法响应速度最快，但其控制性能依赖电机参数的准确性。混合弱磁方法结合了前馈弱磁方法和反馈弱磁方法的优点，但增加了控制结构的复杂程度。反馈弱磁方法响应速度适中，控制结构简单，对电机参数依赖性小，应用广泛。

传统电压反馈弱磁控制方法一般使用纯积分控制器，其结构简单，易于实现，可实现稳态情况下的无差跟踪。但积分器的存在会给系统带来副作用，高速情况下纯积分器方法会因反电动势、磁饱和等非线性因素使系统振荡甚至失控。为了克服基于纯积分器方法的缺点，近些年学者们对非线性电压反馈弱磁控制进行了进一步研究。相关学者提出的方法虽然有效地解决了电压环非线性特性带来的问题，但没有消除积分器产生的负面影响。

自抗扰控制（ADRC）可克服积分器在控制系统中的固有缺点，并且可以有效观测并补偿系统中存在的非线性及其他扰动因素，统一处理线性与非线性控制对象。目前已在永磁同步电机伺服控制中取得了较好的应用效果。自抗扰控制在速度控制、电流控制、位置控制、反电动势观测等方面均表现出优越性，这些优点同样适用于电压反馈弱磁控制。

针对应用纯积分器的电压反馈弱磁控制在弱磁程度较深时会发生振荡乃至失控的问题，哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院的李思毅、苏健勇、杨贵杰，在2022年第23期《电工技术学报》上撰文，提出了一种基于自抗扰控制技术的永磁同步电机电压反馈弱磁控制方法，给出了参数整定的原则并利用描述函数法证明了系统的稳定性。

图1 基于ADRC的电压反馈弱磁控制方法

研究人员通过建立电压环小信号时域模型，设计了自抗扰电压控制器，给出控制器参数的选取原则并利用描述函数法对稳定性进行分析。实验证明，他们所设计的自抗扰控制器可对系统扰动进行较好的观测并补偿，实现了在空载起动、带载起动、突加负载三种工况下的稳定运行，保证了实际应用中的可靠性。

图2 实验平台

研究人员指出，该方法将由定子电压和d轴电流参考值引起的扰动，以及忽略的电阻压降、逆变器非线性特性等因素视为总扰动，进行较好地观测并补偿。与传统纯积分器方法相比，该方法不依赖被控对象精确模型，鲁棒性强，可有效观测并补偿系统中存在的非线性及其他扰动因素，有效处理线性与非线性控制对象，拓宽了电机的运行范围，增加带载能力，提高了弱磁区域内的稳定性。

本文编自2022年第23期《电工技术学报》，论文标题为“基于自抗扰控制的永磁同步电机弱磁控制策略”。

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