盘式永磁电动机电流优化控制
黄声华 葛永强 万山明 （华中理工大学武汉430074）
摘 要 盘式永磁电动机低速力矩大，具有直接驱动负载的能力，但要满足高精度伺服系统的要求，必须有效地降低盘式永磁电动机的转矩波动。文中提出一种基于瞬时功率法的盘式永磁电动机电流优化控制策略，可以显著减小盘式永磁电动机转矩波动，而且效率高。计算机仿真研究和实验结果证明，提出的控制策略是可行的。
叙 词 永磁电机电流控制优化伺服系统
1引 言
双转子盘式永磁电动机除了传统永磁电动机的优点外，还有低速力矩大、效率高、结构简单、轴向尺寸短、便于直接与驱动机械装配成整体等优点。由于这种电机直接与负载连接，电机产生的转矩波动直接作用在负载上，对负载的平稳运行影响较大，因此在高性能伺服系统中，必须尽量减小这种电机的转矩脉动，以求获得高质量的伺服特性。
通常盘式永磁电动机的反电势既非正弦波也非标准梯形波，无论采用正弦波电流还是方波电流驱动方式均不可避免会产生较大的转矩脉动。为了解决这一矛盾，近年提出了优化电流波形的方法以减小转矩脉动[2]。这些方法利用富氏级数分解计算转矩脉动分量，进而采用多重叠代法或最小方差法求出相应的优化电流波形，映点是计算量大，在实时控制系统中实现很困难，因此有必要探索一种优化电流波形的新方法。
“瞬时无功理论”在电力系统谐波削除技术中已得到了充分肯定，本文基于该理论提出了一种优化电流波形的新控制策略，采用这种控制策略可以适应永磁电动机任意波形的反电势，不仅能大大减小永磁电动机的转矩脉动，而且能使电机绕组的损耗最小。仿真研究和实验结果证实了本文提出的控制策略是可行和有效的。
2电流优化控制策略
为了便于寻找转矩脉动为零的电流优化控制策略，首先在坐标系中建立电机的瞬时功率平衡关系式：
式中p、q分别是永磁电机瞬时输出有功功率和无功功率，eα、eβ是电机反电势，iα、iβ是电机等效绕组电流。若是已知永磁电机任一时刻的反电势，即可求出对应时刻的电机电流瞬时值：
盘式电机定子三相绕组采用y形无中线接法，没有零序分量电流，电机的电磁转矩t。与电机输出有功功率的关系为：
式中叫是盘式永磁电机转子旋转角速度，该电机的反电势则是转子旋转角速度甜和转子位置角θ的函数：
将式(3)与式(4)代人式(2)可求出与电机电磁转矩丁。和转子位置角θ相关的电流瞬时值表达式：
式(5)表明，电机电流瞬时值还与电机瞬时无功功率有关，在非弱磁调速要求的条件下，可令永磁电机的瞬时无功功率为零，这不仅简化了电流表达式，而且使电机定子绕组铜耗最小，于是有：
上式表明，在给定电磁转矩前提下，电机电流仅仅是转子位置角的函数，因此只要测出永磁电机任一转速的反电势波形e(θ)，由式(4)求出相应的反电势波形系数f（θ），就可以很方便地求出任意转速下无转矩脉动的电流瞬时值，再通过park反变换，即可求出永磁电机定子三相绕组电流瞬时值：
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