对永磁同步电机的控制方法与策略研究最早可追溯到上个世纪七八十年代,当时在电机领域占主导的是直流电机,相比较于直流电机,永磁同步电机具有强耦合、非线性、多变量的特点[1]。这些特点也造成了控制难度大、控制系统复杂,控制器成本高。但永磁同步电机相较于此时霸主地位的有刷电机有较大的技术优势,其不存在电刷,故电刷导致很多问题在该电机中不复存在,还有直流电机容量受限的问题在永磁同步电机中并不存在,但这些优势因为没有好的控制方案而被埋没。但随着单片机技术的不断进步、电力电子技术的发展,控制理论的革新,永磁同步电机调速系统的成本显著下降,控制性能不断提高,其使用领域也更加宽广,在很多对精度要求严格的伺服控制领域,永磁同步电机已经取代了直流电机[2]。关于永磁同步电机的控制策略有很多,主要介绍以下两种:
(1)矢量控制(FOC)。
FOC即把定子上的电流分解转矩电流Iq、励磁电流Id两部分分别加以闭环控制,以达到PMSM类似于传统有刷直流电机的调速指标。就目前而言,矢量控制算法在对性能要求严格的调速领域中仍占有主导地位。由于矢量控制性能高,控制方案成熟,采用该算法的调速控制器也越来越普遍。
(2)直接转矩控制(DTC)。相较于矢量控制,直接转矩控制系统,并没有采用前者的间接手段来控制定子磁链、电流等来控制转矩T,而是直接将转矩T作为系统的被控量,通过SVPWM直接控制定子磁链、转矩,规避了坐标变化等一系列繁琐的计算[3]。从普及程度来说,直接转矩控制系统的产品一直没有推广开来。就现在而言,直接转矩控制系统相对于其他系统的优势是动态响应速度快,但目前已经做出的产品在低速状态下稳定性能仍不如矢量控制。