摘 要: 提出一套有軌電車的永磁同步電機優化控制策略。在 d - q 軸電流平面內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 域內根據永磁同步電機轉矩特性曲線規劃電流軌跡; 采用 MTPA 控制和優化弱磁控制相結合的算法進行控制實現; 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 控制和優化弱磁控制能平穩運行及切換，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，實現了對永磁同步電機的控制，但多數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航能力而更具 優勢。

　　1 永磁同步電機的數學模型及工作 特性

　　在基速以下恒轉矩區，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，降低系統能 量損耗。

　　2 有軌電車的永磁同步電機電流軌跡規劃

　　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

　　優化與實現 根據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，整車由弓網經高壓箱或者由超 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。根據該牽引控制系統的特點，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