摘 要: 提出一套有軌電車的永磁同步電機優(yōu)化控制策略。在 d - q 軸電流平面內(nèi)分析永磁同步電機不同限制曲線 之間的關系和電流軌跡變化的情況; 以轉矩為控制目標，在以 MTPA 曲線、電流極限圓和電壓極限橢圓為邊界的區(qū) 域內(nèi)根據(jù)永磁同步電機轉矩特性曲線規(guī)劃電流軌跡; 采用 MTPA 控制和優(yōu)化弱磁控制相結合的算法進行控制實現(xiàn); 以青島超級電容儲能式膠輪有軌電車為實驗平臺對該方法進行了現(xiàn)場試驗及長時運行考核，永磁同步電機實際輸出 轉矩能準確地跟蹤給定轉矩，且 MTPA 控制和優(yōu)化弱磁控制能平穩(wěn)運行及切換，證明了所提方法的有效性和實 用性。

　　關鍵詞: 永磁同步電機; 有軌電車; 優(yōu)化弱磁控制; 超級電容儲能式膠輪有軌電車

　　0 引 言

　　目前，在永磁同步電機方面的控制策略較多， 如負直軸電流補償法控制、直軸電流分量等于零控 制、梯度下降法控制和功角控制法等[1-3]，以及文獻 [4]提出的定交軸電壓給定法弱磁控制，實現(xiàn)了對永磁同步電機的控制，但多數(shù)常以轉速為控制目標， 或者存在電壓利用率不充分等缺點。

　　本文根據(jù)以上控制方法的特點和有軌電車的車 體慣量大、運行路況復雜多變、爬坡能力要求高以 及對直流電壓利用率要求高的特點，提出一種適用 于該車輛行駛工況的以轉矩為控制目標的優(yōu)化控制策略，采用最大轉矩電流比 MTPA 控制和一種較新 穎的優(yōu)化弱磁控制相結合的方法，提高變流器直流 側電壓利用率與電機負載能力，降低電機損耗，使 電機獲得較好的控制性能和牽引續(xù)航能力而更具 優(yōu)勢。

　　1 永磁同步電機的數(shù)學模型及工作 特性

　　在基速以下恒轉矩區(qū)，存在一個工作點使電機 在輸出相同的轉矩下定子電流幅值最小，可以減小 電機運行中的銅耗，提高逆變器效率，降低系統(tǒng)能 量損耗。

　　2 有軌電車的永磁同步電機電流軌跡規(guī)劃

　　有軌電車在行駛過程中，駕駛員通過改變牽引 加速踏板行程來同時控制 2 臺永磁同步電機運行， 以獲得相應的轉速和動力輸出。電機的最大轉矩外 特性曲線給出了電機在不同轉速下可輸出的最大轉矩。

　　3 有軌電車的永磁同步電機控制算法

　　優(yōu)化與實現(xiàn) 根據(jù)該有軌電車的運行需求特點，本設計中電 機控制在 MTPA 階段和恒扭矩弱磁階段運行。

　　4 實驗驗證

　　中車四方機車車輛有限公司研制的超級電容儲 能式膠輪有軌電車，整車由弓網(wǎng)經(jīng)高壓箱或者由超 級電容提供 750V 直流電源; 一臺車輛設計有 2 套牽 引變流器，各控制一臺 4 對極凸極式永磁同步電機， 2 臺牽引變流器都有各自的控制單元，可以同時運 行且相互獨立。根據(jù)該牽引控制系統(tǒng)的特點，可以設計兩套完 全相同的牽引變流器控制算法用于控制。以青島超級電容儲能式膠輪有軌電車為控制對 象，對牽引控制算法進行研究與驗證。控制單元硬 件采用 DSP28335 + FPGA 的架構，牽引變流器采用了 IGBT 的兩電平的拓撲結構。

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　　5 結 語

　　本文設計的永磁同步電機優(yōu)化控制策略，滿足有軌電車牽引控制各個復雜工況的運行要求，通過 了超級電容儲能式膠輪有軌電車的各項實際試驗。 目前，裝配有本文所研制的牽引控制系統(tǒng)的超級電 容儲能式膠輪有軌電車已達到 10 余輛，且都已完成 3000 km 運行考核，運行狀態(tài)良好，充分驗證了控制策略的可行性、可靠性和適用性。

　　參考文獻

　　[1] WANG M S，HSIEH M F，SYAMSIANA I N，etal. Fuzzy Maximum Torque per Ampere and Maximum Torque per Voltage Control of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor Drive[J]. Sensorsand Materials，2017，29( 4) : 461-472.

　　[2] SCHOONHOVEN G，UDDIN M N. MTPA-and FW-based Robust Nonlinear Speed Control of IPMSM Drive Using Lyapunovstability Criterion[J]. IEEE: Transactions on Industry Applications，2016， 52( 5) : 4365-4374.

　　作者：楊高興1 ，張瑞峰1，2 ，路 瑤1 ，詹哲軍1 ，柴璐軍1