摘要
永磁同步电机具有高功率密度、宽调速范围等优点，在节能与新能源汽车、军用工程装备、高档数控机床等创新和产业化领域中广泛应用。作为工业制造关键核心部件，其功率密度倍增、调速范围拓展、安全性能加强是实现我国高端装备创新、核心技术突破、基础配套能力增强的重要手段之一。本文以内置式永磁同步电机为研究对象，融合模型预测控制方法，开展弱磁调速策略研究，提升电机系统转速，增强控制系统稳定性。 首先，详细论述现有驱动交流电机类型及其控制策略原理。以弱磁性能更优的内置式PMSM为研究对象，阐述矢量控制系统的坐标变换、脉宽调制技术和控制架构。为解决矢量控制策略复杂PI（Proportion-Integral）参数整定、积分缓变、过饱和等问题，本文引入模型预测控制策略，论述预测模型设计、成本函数构建、最优求解、闭环反馈矫正以及延时补偿等关键环节。 其次，详细分析内置式PMSM升速约束模型及现有弱磁控制策略。以动态电压极限椭圆与静态电流极限圆为约束条件，划分电机升速运行区域，引入拉格朗日乘数法，解决升速约束优化问题。为论述现有升速策略控制特点，本文以前馈直接公式计算与电压反馈超前角的理论架构为指导，利用Matlab/simulink平台，分析各策略仿真控制效果。 为兼备电流响应速度和反电动势动态调控能力，本文提出一种基于模型预测控制的永磁同步电机弱磁控制策略。采用查表法给定dq轴参考电流，在保持前馈弱磁响应速度基础上，解决直接计算法带来的复杂计算问题和对电机参数的依赖关系；利用电压反馈设计动态弱磁参数，增强反电动势动态调控能力；将预测电流控制应用于电流环闭环设计，解决复杂PI参数调节、积分饱和等问题，并进一步提高内环电流响应速度。 最后，构建一台三相内置式PMSM驱动控制平台，进行不同工况下稳态与动态实验。实验结果表明所提出的策略具有良好的稳态性能和动态性能。不仅针对负载突变具有较强的抗干扰能力，而且输出转矩稳定，转矩脉动较小。
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