一、背景
永磁同步电动机(Permanent Magnetic Synchronous Motor，简称PMSM)具有结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高，转矩平稳性好，结构紧凑、振动噪声低等优点，主要用于要求响应快速、调速范围宽、定位准确的高性能伺服传动系统和直流电机的更新替代电机，适合电动汽车对驱动电机的性能要求。
永磁同步电机有强耦合、时变、非线性等特点，为了能够实现高性能的调速系统，使系统具备优良的动、静态性能，且对参数的变化和外界扰动具有不敏感性，控制策略的正确选择发挥着至关重要的作用，优良的控制策略不但可以弥补硬件设计上的不足，而且能进一步提高系统的综合性能。从电机控制技术和系统的控制策略来看，目前，控制策略主要有：矢量控制、直接转矩控制、自适应控制、滑模变结构控制、线性化控制、模糊控制、神经网络控制、多种控制策略的复合控制等。
近年来，随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机得以迅速的推广应用。与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电机,特别是稀土永磁同步电机具有损耗少、效率高、节电效果明显的优点。永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度，因而它是近几年研究较多并在各个领域中应用越来越广泛的一种电动机。在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。
二、永磁同步电机控制系统的研究现状
1.国外研究现状
在当前国外设计的电机是多种多样的，其中分为开关磁阻电机、异步电机、PMSM电机以及直流电机。本论文将用PMSM电机作为控制目标，采用电压空间矢量算法对PMSM电机电机控制系统进行研究与设计[1]。
矢量控制的基本原理是磁场定向控制，西门子公司在二十世纪七十年代第一次将这项技术应用于感应电机的控制，这非常有力的推动了交流电机控制方法的进步[12]。在这之后，矢量控制技术被广泛使用在PMSM电机的驱动技术中，在当前PMSM电机驱动方法中，电压空间矢量控制方法已经被广泛使用。在将PMSM电机的数学模型进行分析后，国外学者提出了弱磁控制以及许多新颖实用的驱动方法。Morimoto对q轴电感大于d轴电感的PMSM电机进行了分析，在不同带载情况下，通过对嵌入式PMSM电机的磁阻转矩加以利用，发明了最大转矩电流比控制，此技术在PMSM电机驱动技术中，当汽车处于基速以下时仍然被使用。当超过基速时，一般采取弱磁控制，1998年，国外学者提出了六步电压法，这种控制方法将电动机驱动运行区域划分为两部分，恒转矩部分和弱磁部分，当电动机工作于基速以下时，对其进行恒转矩控制，超过基速后将使用弱磁控制[11]。
当前阶段，现代控制理论已经的较为成熟，许多优秀的控制技术在PMSM电机的驱动中获得了广泛的应用，目前，就PMSM电机的失量控制技术而言，无速度传感器驱动技术为比较新颗的，在针对PMSM电机的矢量控制中，应用卡尔曼滤波法、模型参考自适应法、滑模观测器法以及基于神经模型参考自适应观测器法可以获取磁链形状和转子的转速[11]。但这些方法在应用中比较复杂，对系统处理器的运算能力要求非常高，在实际工程中很难达到要求并将其实现，所以当前还是采用有速度传感器的方法。
为构成高性能宽调速范围交流电气传动系统，首先要确定合适的控制策略，以满足实际系统的控制性能指标要求。交流电机本身具有多变量、强耦合、非线性的特点，要实现高性能控制是具有挑战性的。1971年德国西门子公司的F.Blaschke等人提出了“感应电机磁场定向的控制原理”，之后这一理论通过不断改进，形成了交流电机矢量控制(Vector Control)方案，矢量控制在理论上解决了交流电机电磁转矩的有效控制问题问。它的基本思想是：在三相交流电机上，通过某种方法模拟直流电机的转矩控制规律，在磁场定向坐标上，借助坐标变换，将电流矢量分解成产生转矩的转矩电流分量和产生磁通的励磁电流分量，并使这两个分量相互垂直彼此独立，然后分别调节这两个分量[8]。那么，交流电机的转矩控制从原理和特性上就类似于直流电机的了。因此矢量控制技术的关键是控制电流矢量的幅值与相位[4]。目前矢量控制方案已得到了普遍应用。
虽然矢量控制方案很有效，但矢量控制需要进行矢量旋转变换，而矢量变换计算复杂而且需要电机的精确模型，故电机的参数变化会导致电机的控制性能下降。针对上述缺点，1985年德国Depenbrock教授提出了直接转矩控制(Direct Torque Control，简称DTC）的理论。DTC的基本思想是：在定子坐标系下计算和控制交流电机的转矩，采取定子磁场定向的方法，通过离散的两点式控制产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得转矩的高动态性能[8]。DTC基于定子磁场定向，避免了复杂的坐标变换，且转矩响应快。ZhongL等人在1997年将直接转矩控制算法改造后成功应用于永磁同步电机伺服驱动控制”。尽管DTC具有控制结构简单，转矩响应迅速的优点，但是低速性能不够理想，主要表现在有较大的磁维和转矩脉动，在不改变控制方法的前提下，需要提高控制系统的果样频率来减小磁链和转矩的脉动。
