永磁同步电机力矩控制奥秘解析

一、力矩控制的奥秘

随着永磁同步电机在汽车领域的广泛应用，从驱动到转向与刹车，它的身影无处不在。今天，让我们深入探讨一下永磁同步电机的控制奥秘。

众所周知，电机控制主要围绕三大目标展开：位置控制、速度控制以及力矩控制。力矩控制，顾名思义，就是让电机输出所需的力矩。在所有控制目标中，力矩控制处于*内层，起着不可或缺的作用。那么，什么是力矩控制呢？

首先，我们要了解电机的工作原理。皖南电机以下这张动图可以帮助我们理解永磁同步电机的运动过程：定子三相上通过互差120度的交变电压后，在定子铁芯上产生旋转磁场，进而与转子磁场相互作用，驱动转子旋转。

电机力矩的产生与电枢电流成正比。电流的产生，可以类比为电机绕组在磁场中旋转的电阻加电感。当电机空载运行时，若没有负载，电机会迅速转动，直到反电势与给定电压相等。而当电机负载增加时，转速会下降，反电势降低，从而产生电流，进而产生力矩。

在电机矢量模型中，我们常常将相关矢量整合在一起，以便更好地理解。*中间的小圆是转子，外围是互差120度的AX、BY、CZ三相定子。静止两相坐标轴α与定子A相重合，β比α超前90度。旋转两相坐标轴d轴与转子N极重合，q轴比d轴超前90度。X轴表示定子旋转磁动势，电压矢量表示三相全桥的开关组合在空间的表现形式。

力矩控制的核心，就是通过控制算法寻找合适的开关管组合，合成一个给电机定子的给定电压，使得产生的电流对应的力矩与外部负载平衡。皖南电机价格表

二、FOC与DTC：力矩控制的两种流派

目前，电机的力矩控制主要分为磁场定向控制（FOC）和直接转矩控制（DTC）两种流派。它们虽然原理上适用于所有交流电机，但针对永磁同步电机的控制，各有其特点和差异。

FOC控制理论*早由西门子工程师在20世纪70年代提出。其基本思路是将三相静止坐标系下的变量转换到旋转坐标系下进行数学运算，通过控制器改变d轴和q轴的电压，达到控制电流的目的。

要实现FOC，需要以下输入：电机三相电流和位置信号。同时，需要以下控制模块：Clark-Park变换、d轴和q轴的PI调节、反Clark-Park变换和SPWM/SVPWM。

DTC控制由德国学者Depenbrock教授在上世纪80年代中期提出。其基本思路是直接检测母线电压和定子电流，计算出电机的磁链和转矩，并通过滞环比较器实现对定子磁链和转矩的解耦控制。

三、电机位置信号的重要性与应用

在永磁同步电机FOC控制算法中，电机位置信号起着至关重要的作用。以下仿真实验证明了这一点：在固定转速的情况下，给定电机3.2Nm的控制指令，分别对转子信号正常、转子信号偏置和转子信号叠加噪声三种工况进行仿真。结果表明，转子信号的重要性不容忽视。

电机位置信号主要分为两种类型：内外磁环+Hall芯片和旋转变压器。安徽皖南电机Hall信号经过简单整形电路后，可以直接接入单片机进行解码；旋变信号则需要专用解码芯片。

总之，力矩控制是电机控制的核心，而电机位置信号在其中扮演着重要角色。了解并掌握力矩控制及电机位置信号的应用，对于提高电机控制性能具有重要意义。皖南电机