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1 引言
六相永磁同步电机具有扭矩输出能力高、转矩脉动小、效率高、可靠性高等优点，但因其价格较高，结构和控制系统复杂，还未得到大范围的推广。因此本文对六相永磁同步电机控制策略进行研究，为六相永磁同步电机在电动汽车领域的推广和应用有很大的意义。
2 矢量空间解耦（VSD）下的电机模型
矢量空间解耦（VSD ）下的电机模型方法是将两个三相绕组视为一个整体，然后将电机的各个变量根据不同的谐波频率映射到不同的坐标系中。这种建模方法称为矢量空间解耦
[1]
。
电机电磁扭矩公式如下所示
(1-1)
为了建立电机的数学模型，还必须考
虑扭矩平衡，扭矩平衡方程 (1-2)
这里表示电机的转动惯量，表示电
机负载扭矩，
表示电机的机械角速度，
P 表示电机极数。
VSD 电机模型是将六相永磁同步电机视为一个整体，不同频率的谐波分量被映射到不同的子空间中，从而使基波与谐波
完全分离，使得电机扭矩输出和磁场控制完全解耦。这种解耦特性使得VSD 变换成
为实现六相永磁同步电机电机控制器的设计和对谐波电流补偿的首选方案
[2]
。利用
Matlab/Simulink 建立六相永磁同步电机模型
[3]
，如图1所示。
3 六相永磁同步电机i d =0的控制策略
永磁同步电机的磁场定向中，忽略磁阻效应，即控制是电机控制中最简单
的一种控制方法
[4]
。永磁同步电机相当于
一个他励直流电机，发动机定子电流只有q 轴分量，没有对轴弱磁分量。电机的定
电动汽车六相永磁同步电机的控制策略研究
曾华娟
江苏联合职业技术学院徐州经贸分院 江苏省徐州市 221004
摘 要： 空间矢量解耦模型的基础上，实现电机的完全解耦控制。依据Simulink 中的电机控制模型，比较了
和最大扭矩电流比（MTPA ）这两种控制策略的进行仿真对比分析。
的控制方法虽然简单易行，
但是电机运行期间热损失较大，而且无法充分利用磁阻扭矩，电机效率低下。MTPA 控制下的电机能充分利用磁阻扭矩部分，具有较高的扭矩输出特性，热损失较小，是控制凸极电机的首选方法。
关键词：六相永磁同步电机 空间矢量解耦 磁阻扭矩 最大扭矩电流比
Research on Control Strategy of Six-phase Permanent Magnet Synchronous Motor for Electric V ehicl
e
Zeng Huajuan
Abstract ：
B ased on the space vector decoupling model, the complete decoupling control of the motor is realized. According to the motor control loop in Simulink, and maximum torque-to-current ratio (MTPA) control strategies are compared and si mulated. although the control method of I is simple and
feasible, it can not make full use of the reluctance torque. The motor controlled by MTPA can make full use of the reluctance Torque, has higher torque
output characteristics, less heat loss, and is the preferred method to control salient-pole motor.
Key words ：
six-phase permanent magnet synchronous motor, space vector decoupling, reluctance Torque, maximum torque-to-current ratio
图1 Simulink 中六相永磁同步电机的电机模型
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子磁链矢量和永磁磁链矢量在空间上相互正交。
根据公式1-1，发动机的电磁转矩
与
q 轴电流成正比，即
(2-1)
为了保持电机的转速，必须控制发动机产生的瞬时扭矩。在
的情况下，电
机扭矩只与q 轴的电流相关，因此可以通过转速环直接获得相应的q 轴电流。相应
的在Simulink 中建立了电机控制流程图１如下所示。
Simulink 中电机在额定转速和额定负载下进行仿真，电机参数设置如表1所示。
在
的控制下，转速n, d-q 轴电流
和以及扭矩的模拟结果如图4所示如图3a 所示，在第一阶段启动时电机处于加速阶段，转速持续上升，此时
电机扭矩输出最大，（图
3c ）。q 轴上的电流值也达到电机所允许的最大电流值，
（图3b ）第二
阶段，当电机转速达到给定速度时，速度保持在3000/min ，此时
=0A,
=236A,
=236A 。通过比较图3b 中的和图3c 中的
电磁转矩的曲线，直观地表现了电机电
磁转矩与成正比的关系。这里使用的永磁同步电机参数，即电机有磁阻效应。
在使用
=0控制策略的情况下，并不能利
用到这一部分的磁阻扭矩，因此=0的控制不是内置式永磁同步电机（）的最
佳控制策略。
4 最大电流扭矩比（MTPA）六相永磁同步电机的控制策略
当电机转速较低时，电机功率的损失主要集中在定子的铜损上。铜损耗通常与电机电流的平方成正比，逆变器的开关损耗和涡流损耗也随着电流的增大而增大。因此，为了提高电机效率，在给定扭矩下，电流应尽可能小[5]
。根据电机电磁扭矩公式1-1与借助拉格朗日乘子，则
得到函数公式
(3-1)
其中p 代指电机的极对数，作为拉格朗日乘子。
对电流和
求偏导，
PWM
ω
图2 控制策略的流程图
表1 Simulink
模型下的电机参数
(a)转速n /min （b ） (绿)和
(红)
（c ）电磁转矩 Nm
图3 控制策略的模拟结果
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同时在加速过程中，MTPA 的最大电磁转矩可达到758 Nm ，这与
控制时的
748 Nm 相比，也有所增加。
图6展示了MTPA 和
控制的电
流矢量曲线。由图中的电流曲线也能明显的观察到，在恒定扭矩下，MTPA 控制下
的电流值要小于
控制。
在电机控制中，
控制是一种最
简单的控制方法。该方法将永磁交流电机等效成一个他励直流电机，电机控制算法简单不存在弱磁控制环节，易于实
现。但是其主要缺点是无法有效利用电机的磁阻扭矩，导致相同的扭矩输出下电流值较大，相应的热损失升高，电机的整体效率降低。但对于隐极式永磁同步电机，其
，不存在磁阻效应，此时的
控制与MTPA 控制方法效果相同。
与相比，凸极永磁同步电机（
）在MTPA 控制下，可以在相同的
扭矩输出下实现最小的相电流。较小的电
电动车价格表流值能够有效减少电机的铜损和逆变器功率开关器件的开关和导通损耗，热损失也
相对较小，提高了电机的整体效率。这些特性使MTPA 成为控制凸极电机的首选方法。因此，MTPA 控制能充分利用磁阻扭矩部分，具有较高的扭矩输出能力，对于
具有磁阻效应的永磁同步电机，MTPA 是一种更具优势的控制方法。
参考文献：
[1]李文爽.双三相电机变频驱动系统共模电压抑制策略研究[D].哈尔滨工业大学,2018.06.
[2]赵一凡.李波.结构不平衡多相感应电机的建模与控制[J]. 能量转换交易，1996.[3]李风辉.电动汽车用多相容错永磁同步电机的研究[D].沈阳工业大学，2017.05.[4]徐宏达.双三相永磁同步电机控制策略研究[D].
哈尔滨工业大学，2017.06.[5]赵博. 基于弱磁控制的纯电动车用PMSM 调速系统研究[J].长安大学
, 2020.04.
之间的关系，即
(3-3)
将公式3-3代入到扭矩公式1-1，则q 轴电流和扭矩
之间的关系如下
根据
扭矩直接求出最优的q 轴电流
值。再将带入到公式3-3中，得到在任一
扭矩下的最大电流分配方案。最大扭矩电流比（MTPA ）控制的流程图如图4所示
电机在
参数表1下使用MTPA 控制理论也进行相应的仿真模拟，如图6所示。
与
的控制策略类似，电机首先加
速到指定的速度n=3000/min ，然后电机保持这个转速稳定运行。在电机稳定运行时，
,
，总电流
。在
控制下，总电流
。对
比发现，MTPA 控制下的电流值流较小。
图4 MTPA 控制策略的流程图
图5 MTPA 控制策略的模拟结果
(a)转速 n 随时间t 变化曲线 (b)电流
(绿)和
(红)随时间t 变化曲线
图6 MTPA 和 控制的特性曲线
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