全数字永磁电机推进系统的控制原理

摘

 要：针对永磁推进电机低转速、大转矩、轻噪声的运行要求，其控制应具备良好的低

速性能。根据最大转矩／电流矢量控制原理，该文提出了一套以数字信号处理器

(DSP)

为横心的全数字永磁同步电动机推进系统控制方案，给出了交

-直-交脉宽调制(PWM)驱动

方式的硬件结构，以及比例积分调节、空间矢量

PWM(SVPWM)等软件设计。仿真和实验结

果表明，系统动态响应快，转矩脉动小，谐波含量少，低速性能良好，能移满足舰船电力
推进的需要。

 

关键词：矢量控制；永磁推进电机；数字信号处理器；空间矢量脉宽调制

 

　　永磁推进电机因其体积小、重量轻、效率高、转矩密度大等优点，已经开始替代传统直流
推进电机，成为现代舰船电力推进系统中的常见动力装置之一。国外对大功率交流推进电机
的驱动控制研究多集中在异步电机方面，而国内目前还处于吸收引进阶段。就驱动方式而言，
文采用交

-交循环变流器方式，具有低速性能好、起动转矩大的优点，但控制复杂，功率因

数低，高次谐波消除较为困难；文采用交

-直-交 PWM 方式，其主电路简单，功率因数接近

l，能够有效抑制和削弱谐波。就控制方法而言，文对比了矢量控制和直接转矩控制，指出
前者着眼于磁链与转矩的解耦，电流、转矩控制性能良好，调速范围宽，后者动态响应快，
但低速时转矩脉动大，缺乏对电机电流的有效控制。

 

本 文 根 据 矢 量 控 制 理 论 和

SVPWM 原 理 ， 采 用 交 - 直 - 交 PWM 驱 动 方 式 ， 以

TMS320LF2407ADSP 为核心，给出了永磁同步电机推进系统的硬件结构和软件流程。在此
基础上，对该套方案进行了

Matlab/Simulink 仿真和低速运行实验。 

1 永磁同步电动机的矢量控制策略 
　　矢量控制理论是由

F．Blaschke 于 1971 年提出的，其基本原理是：在转子磁链 dqO 旋

转坐标系中，将定子电流分解为相互正交的两个分量

id 和 iq,其中 id 与磁链同方向，代表

定子电流励磁分量，

iq 与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，用这两个电流分量所产

生的电枢反应磁场来等效代替原来定子三相绕组电流

ia、ib、ic 所产生的电枢反应磁场，即

进行

Park 变　　　　　

　　　换：

 

　　式中：

γ 为转子位置角，即转子 d 轴领先定子 a 相绕组中心线的电角度。 

　　然后分别对

id 和 io 进行独立控制，即可获得像直流电机一样良好的动态特性。 

表面凸出式转子结构的永磁同步电机

d、q 轴电感基本相同，因而其电磁转矩方程为