图 2.1 永磁同步电机的结构

永磁同步电机的各相定子绕组在空间上是均匀分布的，当给绕组通以对称的交流电流时， 定子绕组和转子相互作用产生电磁转矩，电磁转矩提供给转矩动力拖动着电机转轴一起旋转， 提供对外界的转矩输出。对于电机工作所需要的不同转矩可以通过改变定子绕组电流，从而 使定子的气隙旋转磁场发生变化，改变电磁转矩，提供不同工作转速的需求。这就是永磁同 步电机大致的工作原理。

2.1.2 永磁同步电机的分类

现今普遍使用的永磁同步电机中，根据定子绕组中所通电流波形的差异可归为两类。一 类是永磁无刷直流电机（BDCM），其电流波形为方波；另一类是永磁同步电机（PMSM）， 其电流波形为正弦波。永磁无刷直流电机结构简单，而且控制性能好，在生产成本上也相对 较低。正弦波永磁同步电机拥有三相对称的定子绕组结构，其虽控制较为复杂，但有其独特 的优良性能[13]。

永磁同步电机的运转性能、控制方法、生产难易程度及其适合的工作环境等都与转子磁 路的结构形式密切相关。根据永磁体的布置形式，可以把永磁同步电机分为三种，一种是永 磁体粘贴在铁芯表面的面装式，一种是永磁体嵌入铁芯的内插式，第三种是内埋式，其和内 插式结构相差不大，永磁体全部被铁芯所包围，如下图 2.2 所示。论文网

(1)  面装式 (2) 内插式 (3)  内埋式

图 2.2 永磁同步电机转子结构

永磁磁极采用面装式结构能极大的缩短设计周期并容易达到最理想的设计效果，而且生 产方便，电机的性能也因此可以得到很大的改善[14]。对于采用内插式转子的电机来说，其功 率密度相对较高，这主要是由不对称的转子磁路产生的磁阻转矩所导致的，多被用在 PMSM 的调速中。另一种转子结构是将永磁体埋装在转子铁芯内部，铁芯团团的围绕着全部的永磁 体的内埋式，这种电机结构紧密、抗负载能力强，还具有不大的磁路气隙，使用该结构的电 机磁阻转矩和过载倍数都普遍较高，适合弱磁运行[1]。本文为简化计算采用的是面装式的 PMSM 作为研究对象。

2.2 矢量控制的基本思想

PMSM 是一个强耦合的非线性系统，要想对其实现线性控制就要对其相应参数进行解耦， 本文采用矢量控制方法来控制电机。矢量控制是目前 PMSM 控制中使用最广泛的方案。矢量 控制的首次提出和以专利的形式被发表都是在德国，之后才引来各国学者的关注，很多公司 和科学家都对其展开研究和完善，在 1979 年，日本就首次将矢量控制技术运用到了异步电机 及永磁同步电机的控制上[1]。

矢量控制技术又叫磁场定向矢量控制(Field Orientation Control, FOC)，其是一种将三相交 流电机的控制设法等效成直流电机的控制方式。矢量控制的基本思想是通过坐标变换，解耦 定子的磁链和转矩，分解永磁同步电机的定子电流矢量，在两相坐标系中对分解出来的励磁 电流和转矩电流进行单独控制，这样就可以将其等效为直流电机来控制，拥有与直流电机控 制相同的性能[15]。

矢量控制系统对转速控制精准、工作稳定、调节时间段、响应快速、性能优良。经过了 这几十年的发展，在调速系统中出类拔萃，在各种复杂工作环境下的表现都远超很多传统调 速系统。虽然矢量控制有上述诸多优点，但是矢量控制中要通过坐标变换，涉及大量的计算， 而且其对电机参数的变化比较敏感，系统结构也比较复杂。