【摘 要】
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永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）因其调制范围宽、功率密度高和稳定性强等优势,被广泛应用于数控机床、电动汽车等不同的工业领域。PMSM工作效率的提升可以有效降低能耗、减小设备运行成本。因此,为了实现PMSM的高效率控制,本文基于高频方波信号注入,以凸极式永磁同步电机（Interior Permanent Magnet Synchronou
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永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）因其调制范围宽、功率密度高和稳定性强等优势,被广泛应用于数控机床、电动汽车等不同的工业领域。PMSM工作效率的提升可以有效降低能耗、减小设备运行成本。因此,为了实现PMSM的高效率控制,本文基于高频方波信号注入,以凸极式永磁同步电机（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM）为研究对象,就如何实现IPMSM的最大转矩电流比（Maximum Torque Per Ampere,MTPA）控制展开了研究。本文以IPMSM数学模型及其MTPA控制的理论依据为基础,针对传统高频正弦信号注入的MTPA控制存在注入频率较低、依赖滤波器等问题,提出了基于高频方波注入的MTPA控制策略。所提控制策略通过方波电压注入,从感应电流的高频分量中提取MTPA控制的有效信息。由于方波信号不存在波形失真的问题,且电压注入不受电流环带宽限制,因此注入频率可以很高,从而实现了电机基频和高频分量的解耦,减小了注入信号对系统基频闭环控制的影响。高频信号提取和处理过程中省去了传统正弦信号注入法中的数字滤波器,从而提升了系统的动态性能,减小了计算量并避免了额外硬件平台的使用。为了能使所提MTPA控制策略能适用于无位置传感器IPMSM控制系统,在低速区结合脉振高频电压注入法,同时向电机注入两种频率、幅值相差较大的电压信号,通过各自的信号处理过程控制电机;在中高速区,采用一种改进的全阶滑模观测器控制方案,通过提取基波方程中的转子信息来进行无位置传感器控制,并结合方波信号注入法来实现MTPA控制。本文在MATLAB/Simulink的仿真环境中对所提方案加以验证。同时,搭建了一套完整的电机系统测试平台并设计了软件控制算法,对文中所提IPMSM系统的MTPA控制方案进行了实现。仿真和实验结果证明了所提策略的有效性和可行性。
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