基于MTPA的电动汽车用同步磁阻电机控制
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【摘 要】论文主要设计了同步磁阻电机（SynRM）控制器。整个控制器以TMS320F28066为控制核心，包含开关电源供模块、以MOSFET作为主要部件的功率模块、数字化输入输出接口和通讯模块、电机电压电流和速度检测模块等。软件上采用基于SVPWM调制的MTPA矢量控制算法，具有过流保护功能。实验表明，该系统可以实现对同步磁阻电机的良好控制。
【Abstract】This paper mainly designs a controller of synchronous reluctance motor （SynRM）. The whole controller takes TMS320F28066 as the control core， including switch power supply module， the power module with MOSFET as main component， digital input and output interface and communication module， motor voltage， current and speed detection module. The software adopts MTPA vector control algorithm based on SVPWM modulation， which has the function of overcurrent protection. Experiments show that the system can control the synchronous reluctance motor well.
【关键词】同步磁阻电机;MTPA;矢量控制
【Keywords】synchronous reluctance motor; MTPA; vector control
【中图分类号】U469.72 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2019）06-0191-03
1 引言
随着环境污染的日益严峻，燃料能源日渐短缺，电动汽车由于其能耗低、污染小等优点已成为汽车工业发展的重要方向[1]。而电驱动系统作为电动汽车整车的核心部分，其硬件结构设计和控制理论方法的研究是提高电动汽车驱动性能的关键[2]。
同步磁阻电机（SynRM），是一种完全使用磁阻转矩的同步电机，其结构简单，制造成本低，安全性能良好，相比于感应电机，SynRM的功率密度和效率更高，此外，SynRM没有永磁体，能够更容易实现弱磁控制，适应高速运行，因此，SynRM可以满足电动汽车运行对驱动电机的苛刻要求[3]。
同步磁阻电机（SynRM）与永磁同步电机控制系统在硬件结构和控制原理上差异不大，常用的控制方法主要有以下四种[6]：最大转矩/电流比控制（MTPA）、最大功率因数控制、最大转矩变化率控制、恒定磁场电流控制。在能源利用要求高效率的应用场合，如电动汽车驱动，MTPA是较合理的一种控制方法，实际上也是应用最广泛的，也是本文采用的主要控制方法。NIAZI P等[7]给出了MTPA控制的系统框图，并详细介绍了基于PMa-SynRM数学模型的MTPA控制方法，通过在电机运行约束条件下求极值，推导出控制需要的d/q轴电流及最大转矩与电机相电流相位角之间的数值关系。杨超等[8]研究了实际电机运行中，电机定子电阻、磁场和电感会随着温度和气隙磁场的变化而发生改变，进而影响到MTPA控制效果，对电机进行实时的参数辨识能够让MTPA取得更好的控制效果。
本文对同步磁阻电机控制系统硬件模块进行设计，并采用MTPA矢量控制方法实现了对同步磁阻电机的控制，验证了该控制系统的可行性。
2 同步磁阻电机数学模型
同步磁阻电机转子结构比较特别，无需励磁，由于其交、直轴磁阻不等，在定子励磁的情况下，交、直轴的磁路将会产生磁阻差异，从而得到驱动电机的磁阻转矩[4]。一般将转子结构中磁导较大的轴定义为d轴，磁导较小的轴定义为q轴[5]。常规同步磁阻电机的dq方程是：
图5是三相同步磁阻电机加/减载过程波形图，从波形可以看出，电机载加/减载过程中有着很好的动态性能，转速能够稳定在1000rpm，从实验波形可知，该电机控制器能够使同步磁阻电机良好的运行。
4 结论
①本文设计了适用于电动汽车的同步磁阻电机的控制器;
②采用MTPA矢量控制算法对同步磁阻电机进行控制，实验结果证明，软、硬件的设计能够较好地实现对同步磁阻电机的启动和运行;
③三相同步磁阻电机运行时，电机参数会随着电机温升和工况发生变化，无法在电流角θ=45°时实现MTPA控制，有必要进行实时的参数辨识。
【参考文献】
【1】吴迪.同步磁阻电机的无传感器直接功率控制研究[D].杭州：浙江理工大学，2019.
【2】姚丙雷，王鸿鹄.同步磁阻电机性能分析与研究[J].电机与控制应用，2018，45（11）：61-65.
【3】楊丁贵，汤宁平，戴熠晨.同步磁阻电机定子电流最优控制[J].电机与控制应用，2017，44（08）：32-37.
【4】袁赛赛，蔡顺，贺小克，等.同步磁阻电机最大转矩电流比矢量控制[J].微电机，2017，50（04）：43-46+53.
【5】方磊，谭国俊，刘娜，等.永磁辅助式同步磁阻电机转矩预测控制方法[J].电机与控制应用，2018，45（05）：1-7.
【6】DE KOCK H W， KAMPER M J. Dynamic control of the permanent magnet-assisted reluctance synchronous machine [J]. Electric Power Applications， IET， 2007， 1（2）： 153-160.
【7】NIAZI P， TOLIYAT H A， CHEONG D H， et al. A low-cost and efficient permanent-magnet-assisted synchronous reluctance motor drive [J]. Industry Applications， IEEE Transactions on， 2007， 43（2）： 542-550.
【8】杨超，廖勇，卢权华，等.考虑磁路饱和同步磁阻电机的矢量控制[J].微电机，2013，46（11）：57-61+66.
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