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| Review of the control technologies of permanent magnet synchronous motor |
| LAN Zhiyong, ZHANG Liyu, LI Fu, HU Bin |
| School of Automation and Electronic Information, Xiangtan University, Xiangtan, Hunan 411105 |
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Abstract Permanent magnet synchronous motor (PMSM) has been widely used in industrial and electric vehicles due to its high efficiency and superior dynamic characteristics. In this paper, various kinds of control technologies for PMSMs are reviewed. First, the development stage of the control technology is briefly described. Secondly, the development status of vector control, direct torque control, sensorless control technology and new control technologies. The Matlab/Simulink simulations are performed for the different control methods. Finally, the development trend of PMSM control technology is discussed. This paper aims to provide relevant reference for the research and application in the field of PMSM control.
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Received: 19 March 2025
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| Cite this article: |
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LAN Zhiyong,ZHANG Liyu,LI Fu等. Review of the control technologies of permanent magnet synchronous motor[J]. Electrical Engineering, 2025, 26(8): 1-10.
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| URL: |
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https://dqjs.cesmedia.cn/EN/Y2025/V26/I8/1
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[1] 袁雷, 胡冰新, 魏克银, 等. 现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2016.
[2] 王莹, 胡育文, 杨建飞. id=0和UPF控制方法的比较研究[J]. 微特电机, 2011, 39(4): 8-10.
[3] 付兴贺, 陈锐, 董婷, 等. 考虑参数不确定的永磁同步电机MTPA控制综述[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42(2): 796-808.
[4] 李长红, 陈明俊, 吴小役. PMSM调速系统中最大转矩电流比控制方法的研究[J]. 中国电机工程学报, 2005, 25(21): 172-177.
[5] HAN Zexiu, LIU Jinglin.Comparative analysis of vibration and noise in IPMSM considering the effect of MTPA control algorithms for electric vehicles[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, 36(6): 6850-6862.
[6] 丁强. 永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制策略研究[D]. 长沙: 中南大学, 2010.
[7] 郑翔, 郗园, 张磊, 等. 永磁同步电机弱磁控制方法综述[J]. 自动化应用, 2019(12): 1-3, 6.
[8] 康劲松, 蒋飞, 钟再敏, 等. 电动汽车用永磁同步电机弱磁控制策略综述[J]. 电源学报, 2017, 15(1): 15-22.
[9] 盛义发, 喻寿益, 桂卫华, 等. 轨道车辆用永磁同步电机系统弱磁控制策略[J]. 中国电机工程学报, 2010, 30(9): 74-79.
[10] 周华伟, 陈龙, 刘国海, 等. 一种改善PMSM动态性能的弱磁策略[J]. 电机与控制学报, 2014, 18(9): 23-29.
[11] 杨建飞. 永磁同步电机直接转矩控制系统若干关键问题研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2011.
[12] 韩崇伟, 陈腾飞, 李伟, 等. 永磁同步电机直接转矩控制技术研究进展[J]. 微电机, 2016, 49(1): 75-81.
[13] 贾洪平, 贺益康. 永磁同步电机直接转矩控制中零矢量的作用研究[J]. 电气传动, 2006, 36(4): 13-16, 29.
[14] 李耀华, 刘卫国. 零电压矢量在PMSM直接转矩控制系统中的应用[J]. 电力电子技术, 2010, 44(9): 50-51, 62.
[15] 刘珅, 高琳. 永磁同步电机的改进模型预测直接转矩控制[J]. 电机与控制学报, 2020, 24(1): 10-17.
[16] 陈炜, 艾士超, 谷鑫. 基于最小电压矢量偏差的永磁同步电机直接转矩控制[J]. 电工技术学报, 2015, 30(14): 116-121.
[17] ZHANG Zheng, LIU Xinghua.A duty ratio control strategy to reduce both torque and flux ripples of DTC for permanent magnet synchronous machines[J]. IEEE Access, 2019, 7: 11820-11828.
[18] 吕帅帅, 林辉, 马冬麒. 基于最优占空比调制的永磁同步电机直接转矩控制[J]. 电工技术学报, 2015, 30(增刊1): 35-42.
[19] NIU Feng, HUANG Xiaoyan, GE Leijiao, et al.A simple and practical duty cycle modulated direct torque control for permanent magnet synchronous motors[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2019, 34(2): 1572-1579.
[20] 肖萌, 史婷娜, 王志强, 等. 基于多级滞环控制器的永磁同步电机直接转矩控制[J]. 中国电机工程学报, 2017, 37(14): 4201-4211, 4300.
[21] XIA Changliang, ZHAO Jiaxin, YAN Yan, et al.A novel direct torque control of matrix converter-fed PMSM drives using duty cycle control for torque ripple reduction[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2014, 61(6): 2700-2713.
[22] PETKAR S G, THIPPIRIPATI V K.A novel duty-controlled DTC of a surface PMSM drive with reduced torque and flux ripples[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2023, 70(4): 3373-3383.
[23] 刘军, 刘丁, 吴浦升, 等. 基于模糊控制调节电压矢量作用时间策略的永磁同步电机直接转矩控制仿真研究[J]. 中国电机工程学报, 2004, 24(10): 150-154.
[24] 孙丹, 贺益康, 智大为. 基于模糊逻辑的永磁同步电动机直接转矩控制[J]. 电工技术学报, 2003, 18(1): 33-38.
[25] 贾洪平, 孙丹, 贺益康. 基于滑模变结构的永磁同步电机直接转矩控制[J]. 中国电机工程学报, 2006, 26(20): 134-138.
[26] LASCU C, BOLDEA I, BLAABJERG F.Super-twisting sliding mode control of torque and flux in permanent magnet synchronous machine drives[C]//IECON 2013-39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Vienna, Austria, 2013: 3171-3176.
[27] 宋争光, 夏长亮, 王志强, 等. 基于超扭曲算法的永磁同步电机直接转矩控制[J]. 电工技术学报, 2017, 32(15): 89-99.
[28] 杜平, 关振宏, 王涛, 等. 两种高频信号注入法与坐标系结合的无位置传感器运行研究[J]. 电机与控制应用, 2017, 44(2): 28-32.
[29] DE M FERNANDES E, OLIVEIRA A C, JACOBINA C B, et al. Comparison of HF signal injection methods for sensorless control of PM synchronous motors[C]//2010 Twenty-Fifth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Palm Springs, CA, USA, 2010: 1984-1989.
[30] 李文真, 刘景林, 陈双双. 基于高频方波信号注入法的永磁同步电机转子位置检测方法[J]. 电工技术学报, 2018, 33(24): 5821-5829.
[31] 王爽, 曹栋逸, 杨影, 等. 正负高频脉冲电压注入的永磁同步电机无位置传感器控制[J]. 电工技术学报, 2020, 35(增刊1): 164-171.
[32] 王宇, 邢凯玲, 张成糕. 基于旋转综合矢量脉振高频电压注入的永磁磁通切换电机无位置传感器技术[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42(19): 7224-7236.
[33] 刘颖. 永磁同步电机脉振高频信号注入无位置传感器技术研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2012.
[34] WANG Shuang, YANG Kang, CHEN Kang.An improved position-sensorless control method at low speed for PMSM based on high-frequency signal injection into a rotating reference frame[J]. IEEE Access, 2019, 7: 86510-86521.
[35] 郭磊, 杨中平, 林飞. 带误差补偿的高频信号注入永磁同步电机无传感器控制策略[J]. 电工技术学报, 2019, 34(21): 4458-4466.
[36] 李孟秋, 王龙. 一种改进的永磁同步电机低速无位置传感器控制策略[J]. 电工技术学报, 2018, 33(9): 1967-1974.
[37] BOLOGNANI S, OBOE R, ZIGLIOTTO M.Sensor-less full-digital PMSM drive with EKF estimation of speed and rotor position[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1999, 46(1): 184-191.
[38] 张猛, 肖曦, 李永东. 基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链观测器[J]. 中国电机工程学报, 2007, 27(36): 36-40.
[39] QUANG N K, HIEU N T, HA Q P.FPGA-based sensorless PMSM speed control using reduced-order extended Kalman filters[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2014, 61(12): 6574-6582.
[40] 姜畅畅, 贾洪平. 基于强跟踪EKF的永磁同步电机矢量控制系统研究[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2023(1): 46-49.
[41] 齐放, 邓智泉, 仇志坚, 等. 基于MRAS的永磁同步电机无速度传感器[J]. 电工技术学报, 2007, 22(4): 53-58.
[42] 郭伟, 王跃, 李宁, 等. 永磁同步电机模型参考自适应无速度控制研究[J]. 电力电子技术, 2016, 50(8): 75-77.
[43] 冯江华, 许峻峰. 基于定子磁链自适应观测的永磁同步电机直接转矩控制系统[J]. 中国电机工程学报, 2006, 26(12): 122-127.
[44] 王庆龙, 张崇巍, 张兴. 基于变结构模型参考自适应系统的永磁同步电机转速辨识[J]. 中国电机工程学报, 2008, 28(9): 71-75.
[45] 林茂, 李颖晖, 吴辰, 等. 基于滑模模型参考自适应系统观测器的永磁同步电机预测控制[J]. 电工技术学报, 2017, 32(6): 156-163.
[46] 张洪帅, 王平, 韩邦成. 基于模糊PI模型参考自适应的高速永磁同步电机转子位置检测[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(12): 1889-1896.
[47] 鲁文其, 胡育文, 梁骄雁, 等. 永磁同步电机伺服系统抗扰动自适应控制[J]. 中国电机工程学报, 2011, 31(3): 75-81.
[48] 李时杰, 李耀华. 基于龙伯格观测器的前馈控制策略的研究[J]. 电力电子技术, 2006, 40(5): 4-6.
[49] LAGRIOUI A, MAHMOUDI H.Speed and current control for the PMSM using a Luenberger obser-ver[C]//2011 International Conference on Multimedia Computing and Systems, Ouarzazate, Morocco, 2011: 1-6.
[50] 巫庆辉, 黄成鑫, 侯元祥. 基于高频方波电压注入法和改进龙伯格观测器的永磁同步电机转速估计的研究[J]. 电气工程学报, 2021, 16(4): 120-126.
[51] 鲁文其, 胡育文, 杜栩杨, 等. 永磁同步电机新型滑模观测器无传感器矢量控制调速系统[J]. 中国电机工程学报, 2010, 30(33): 78-83.
[52] 丁文, 梁得亮, 罗战强. 两级滤波滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制[J]. 电机与控制学报, 2012, 16(11): 1-10.
[53] 华志广, 窦满峰, 赵冬冬, 等. 基于改进型滑模观测器的PMSM无位置传感器控制[J]. 西北工业大学学报, 2018, 36(4): 754-760.
[54] 王添羡, 林荣文. 基于滑模观测器的无位置传感器永磁同步电机转角转速计算[J]. 电气技术, 2014, 15(3): 41-45.
[55] 吴春, 傅子俊, 孙明轩, 等. 基于扩张状态观测器负载转矩补偿的永磁同步电机全速范围无位置传感器控制[J]. 电工技术学报, 2020, 35(增刊1): 172-181.
[56] 陈思溢, 皮佑国. 基于滑模观测器与滑模控制器的永磁同步电机无位置传感器控制[J]. 电工技术学报, 2016, 31(12): 108-117.
[57] 刘京, 李洪文, 邓永停. 基于新型趋近律和扰动观测器的永磁同步电机滑模控制[J]. 工程科学学报, 2017, 39(6): 933-944.
[58] 赵凯辉, 戴旺坷, 周瑞睿, 等. 基于扩展滑模扰动观测器的永磁同步电机新型无模型滑模控制[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42(6): 2375-2386.
[59] 刘京, 李洪文, 邓永停. 基于扰动观测器的永磁同步电机电流环自适应滑模控制[J]. 光学精密工程, 2017, 25(5): 1229-1241.
[60] 常勇, 包广清, 杨梅, 等. 模型预测控制在永磁同步电机系统中的应用发展综述[J]. 电机与控制应用, 2019, 46(8): 11-17.
[61] 兰志勇, 王波, 徐琛, 等. 永磁同步电机新型三矢量模型预测电流控制[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(增刊1): 243-249.
[62] 刘伟, 刘浩民. 改进的脉振高频注入永磁同步电动机无传感器控制[J]. 电气技术, 2023, 24(6): 6-12, 20.
[63] XIE Wei, WANG Xiaocan, WANG Fengxiang, et al.Finite-control-set model predictive torque control with a deadbeat solution for PMSM drives[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015, 62(9): 5402-5410.
[64] 张晓光, 张亮, 侯本帅. 永磁同步电机优化模型预测转矩控制[J]. 中国电机工程学报, 2017, 37(16): 4800-4809.
[65] 周湛清. 永磁同步电机系统模型预测控制[D]. 天津: 天津大学, 2017.
[66] 王东文, 李崇坚, 吴尧, 等. 永磁同步电机的模型预测电流控制器研究[J]. 电工技术学报, 2014, 29(增刊1): 73-79.
[67] 徐艳平, 张保程, 周钦. 永磁同步电机双矢量模型预测电流控制[J]. 电工技术学报, 2017, 32(20): 222-230.
[68] 赵昕博, 刘慧博. 基于扩展电压矢量的三矢量模型预测电流控制策略[J]. 电子测量技术, 2024, 47(12): 91-99.
[69] PETKAR S G, THIPPIRIPATI V K.Enhanced predictive current control of PMSM drive with virtual voltage space vectors[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics, 2022, 3(3): 834-844.
[70] 刘兴, 阳辉, 王逸飞, 等. 基于拓展控制集的PMSM有限控制集无模型预测电流控制策略[J]. 电力工程技术, 2024, 43(5): 91-99.
[71] ANAND A, GANDHI R, BHATTACHARYA D, et al.Dynamic analysis of vector controlled PMSM with constant torque angle control strategy using artificial neural network[C]//2023 5th International Conference on Energy, Power and Environment: Towards Flexible Green Energy Technologies (ICEPE), Shillong, India, 2023: 1-5.
[72] 李鸿儒, 顾树生. 基于神经网络的PMSM速度和位置自适应观测器的设计[J]. 中国电机工程学报, 2002, 22(12): 33-36.
[73] 王松, 刘明光, 石双双, 等. 基于卡尔曼滤波和神经网络的PMSM参数辨识[J]. 北京交通大学学报, 2010, 34(2): 124-127, 136.
[74] 耿建平, 闫俞佰, 熊光阳, 等. 基于BP神经网络的永磁同步电机转矩观测器设计[J]. 电机与控制应用, 2020, 47(1): 78-83.
[75] 曹先庆, 朱建光, 唐任远. 基于模糊神经网络的永磁同步电动机矢量控制系统[J]. 中国电机工程学报, 2006, 26(1): 137-141.
[76] 吴非非. 基于模糊RBF神经网络的永磁同步电机控制系统研究[D]. 大连: 大连交通大学, 2020.
[77] 闫宏亮, 杨泽心, 王镇涛, 等. 基于SABO算法的PMSM弱磁和MTPA控制方法[J]. 科学技术与工程, 2024, 24(30): 13005-13012.
[78] 王继超, 冷育明, 戚延辉, 等. 基于ASAPSO的火炮随动系统模糊控制策略[J]. 电机与控制应用, 2021, 48(4): 53-57, 93.
[79] 张立伟, 张鹏, 刘曰锋, 等. 基于变步长Adaline神经网络的永磁同步电机参数辨识[J]. 电工技术学报, 2018, 33(增刊2): 377-384.
[80] 陶涛, 林荣文. 基于改进蚁群算法的永磁同步电动机参数辨识策略研究[J]. 电气技术, 2020, 21(6): 13-18.
[81] 孙凯. 自抗扰控制策略在永磁同步电动机伺服系统中的应用研究与实现[D]. 天津: 天津大学, 2007.
[82] 朱良红, 张国强, 李宇欣, 等. 基于级联扩张观测器的永磁电机无传感器自抗扰控制策略[J]. 电工技术学报, 2022, 37(18): 4614-4624.
[83] 边疆, 牛聪, 姚家琛. 基于ESO自抗扰的永磁同步电机逆控制[J]. 控制工程, 2019, 26(7): 1413-1418.
[84] 周凯, 孙彦成, 王旭东, 等. 永磁同步电机的自抗扰控制调速策略[J]. 电机与控制学报, 2018, 22(2): 57-63.
[85] 李思毅, 苏健勇, 杨贵杰. 基于自抗扰控制的永磁同步电机弱磁控制策略[J]. 电工技术学报, 2022, 37(23): 6135-6144.
[86] DIAB A M, YEOH S S, BOZHKO S, et al.Enhanced active disturbance rejection current controller for permanent magnet synchronous machines operated at low sampling time ratio[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics, 2022, 3(2): 230-241.
[87] 左月飞, 张捷, 刘闯, 等. 基于自抗扰控制的永磁同步电机位置伺服系统一体化设计[J]. 电工技术学报, 2016, 31(11): 51-58.
[88] 李佳润, 陈勇, 陈光, 等. 基于比例谐振自抗扰控制的电机谐波抑制与噪声优化[J]. 电子测量技术, 2024, 47(9): 18-25.
[89] 许家群, 王天琪, 贾普凡. 永磁同步电机准谐振自抗扰电流谐波抑制[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43(6): 2450-2460. |
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2025, Vol. 26 
