純電動汽車永磁同步電機矢量控制發展現狀研究與展望

【摘" 要】永磁同步電機作為純電動汽車的核心動力裝置之一，其矢量控制技術的發展對電動汽車的性能和效能具有重要影響。文章在綜述研究成果的基礎上，著重分析和探討純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術的發展現狀，并展望其未來的研究方向。首先，通過對純電動汽車發展趨勢和市場需求的分析，闡述研究背景和研究意義。然后，針對純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術的關鍵問題，提出相應的研究目標。在此基礎上，總結研究所取得的主要結果和發現，包括矢量控制技術對電動汽車性能的提升與能量效率的改善效果等。最后強調純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術的重要性以及未來研究的方向。

【關鍵詞】純電動汽車；永磁同步電機；矢量控制技術；發展現狀

中圖分類號：U469.72" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）04-0012-03

Research and Prospect of Permanent Magnet Synchronous Motor Vector Control for Pure Electric Vehicle

LUO Guohui，XIAO Huayu

（Tianfu New Area Information Vocational College，Meishan 620564，China）

【Abstract】As one of the core power devices of pure electric vehicles，the development of permanent magnet synchronous motor vector control technology has a significant impact on the performance and efficiency of electric vehicles. On the basis of summarizing previous research results，this article focuses on analyzing and exploring the current development status of permanent magnet synchronous motor vector control technology for pure electric vehicles，and looks forward to its future research directions. Firstly，by analyzing the development trend and market demand of pure electric vehicles，the research background and significance were elaborated. Then，corresponding research objectives were proposed for the key issues of permanent magnet synchronous motor vector control technology in pure electric vehicles. On this basis，the main results and findings of the research were summarized，including the improvement of electric vehicle performance and energy efficiency by vector control technology. Finally，the main conclusions and significance of this article are presented，emphasizing the importance of permanent magnet synchronous motor vector control technology for pure electric vehicles and the direction of future research.

【Key words】pure electric vehicle；permanent magnet synchronous motor；vector control technology；development status

1" 引言

電動汽車已成為全球汽車產業的熱點領域，純電動汽車作為其發展的重要方向之一，具有零排放、低噪聲、高能效等優勢。永磁同步電機作為純電動汽車的常用動力裝置，具有功率密度大、轉速范圍寬等特點，因此備受關注[1]。然而，目前純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術在一些關鍵問題上仍存在挑戰，如轉矩平滑性、轉速范圍廣度及效能提升等方面，值得進一步研究和探索。

本文主要分析與探討純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術的發展現狀，解決其在轉矩平滑性、轉速范圍廣度和效能提升等方面的關鍵問題[2]。在此基礎上提出相應的研究目標，即為純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術的優化和改進提供理論指導和實踐經驗。

2" 純電動汽車永磁同步電機發展概況

2.1" 技術發展歷程

純電動汽車永磁同步電機自問世以來，經歷了持續的技術改進和突破，取得了顯著的進展。早期的電機設計主要依賴于經驗法則和試錯法，在實際應用中存在很大的局限性。隨著電氣控制和電子技術的不斷發展，在20世紀80年代以后，永磁同步電機的研究進入了一個新的階段[3]。研究者們開始致力于深入理解電機的工作原理和特性，并運用電力電子技術進行控制。

制造工藝的進步也對純電動汽車永磁同步電機的發展起到了積極的推動作用。隨著自動化技術的運用，電機的制造過程變得更加精細和高效。電機定子和轉子的制造材料也得到了改進，使得電機的效率和可靠性都得到了提高。

目前，純電動汽車永磁同步電機在市場上得到了廣泛的應用。隨著環境保護意識的逐漸增強和對節能減排的迫切需求，純電動汽車成為了未來出行的重要選擇。永磁同步電機具有高效率、高功率密度和輕量化等優勢，成為電動汽車行業首選的驅動電機。

2.2" 市場應用現狀

在市場應用方面，純電動汽車永磁同步電機具有明顯的優勢：①可以提供更高的動力輸出與續航里程，滿足了消費者對于純電動汽車性能的需求；②采用先進的矢量控制技術，能夠實現精確的轉矩控制和快速響應，提升了車輛在起步和加速過程中的動力表現；③還具有體積小、質量輕的特點，可以降低整車的質量，提高車輛的能源利用效率。

然而永磁同步電機在市場應用中還面臨著挑戰，其制造成本較高，導致電動汽車的售價相對較高，限制了市場競爭力，并且在電機的可靠性和壽命方面還存在一些問題需要解決。此外，永磁同步電機在高速運行時可能面臨過熱問題，需要加強散熱設計和控制策略[4]。

為了進一步推動永磁同步電機在純電動汽車中的應用，一方面需要進一步降低永磁同步電機的制造成本，提高其市場競爭力，還可以通過優化制造工藝、改進材料選擇和研發更高效的生產設備來實現成本的降低。另一方面需要加強對永磁同步電機的技術研究，解決現有問題并進一步提升性能和可靠性。加強對電機的散熱設計、控制算法和電機電子技術的研究，以實現電機的高效、可靠和穩定運行。

3" 矢量控制技術研究

3.1" 基本原理與方法

純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術是目前電動汽車領域中的重要研究方向。矢量控制技術指通過對電機電流和電壓進行精確控制，實現對電機輸出扭矩和轉速的控制。因為其能夠有效提高電機的效率與動力性能，故在純電動汽車中，矢量控制技術尤為重要[5]。

研究者主要通過對電機的電流和磁場進行測量和分析，利用數學模型建立電機的動態特性，進而實現對電機的精確控制。通過對電機的電流和磁場進行實時測量，利用控制器對電機進行精確調控，使得電機在不同工況下都能夠實現高效率和高性能的工作。

現在純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術的關鍵技術研究方向主要有電機參數辨識、電機控制算法與電機系統的優化與調試等。其中，電機參數的辨識是矢量控制技術的重要一環，通過對電機參數進行準確辨識，可以為后續的矢量控制提供準確的基礎數據。電機的控制算法通過對不同的控制算法進行研究和應用，可以使得電機在不同工況下都能夠實現高效率和高性能的工作。最后可以通過對電機系統的優化和調試，進一步提升電機的性能和效率。

純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術的發展還面臨一些問題和挑戰，比如：①電機參數的準確辨識仍然存在一定的難度，需要進一步提高辨識算法的準確性和可靠性；②電機控制算法需要進一步優化和改進，以適應不同的工況和環境；③電機系統的穩定性和可靠性也是需要關注的問題，特別是在極端工況下，電機系統的穩定性和可靠性可能會受到一定的影響。

3.2" 關鍵技術研究

電機模型的建立是對永磁同步電機進行矢量控制的一個重要環節。通過建立電機的動態模型，可以準確描述電機的運行特性，為后續的控制算法提供準確的模型基礎。

由于永磁同步電機沒有傳統的位置傳感器，需要通過轉子位置估算算法來獲取轉子位置信息。常見的轉子位置估算算法包括反電動勢法、基于觀測器的方法、傳感器融合方法等。

此外，控制算法的設計與優化也是關鍵技術研究的核心內容之一，通過研究不同的控制算法，如PID控制、模糊控制和神經網絡控制等，可以提高電機的響應速度和控制精度。

在當前的研究中，雖然矢量控制技術已經取得了一定的研究進展和應用成果，但仍然存在一些問題和挑戰。首先，轉子位置估算算法的準確性直接影響到矢量控制的效果，不準確的位置估算可能導致控制性能下降，需要研究更準確的位置估算方法。其次，矢量控制技術在高速運行和低速啟動時仍存在控制精度和響應速度的問題，如何解決這些問題是當前研究的重點和難點。

4" 發展趨勢及展望

4.1" 現存問題與挑戰

純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術在實踐中存在著穩定性不足的問題。由于純電動汽車永磁同步電機的動力需求頻繁變化，傳統的PID控制方式無法滿足其高精度、高穩定性的控制要求。因此，如何實現永磁同步電機在不同工況下的穩定控制成為亟待解決的問題。

純電動汽車永磁同步電機的電磁模型建立和參數識別技術仍然比較薄弱。精確的電磁模型和準確可靠的參數識別對有效進行矢量控制至關重要。然而，由于電機運行環境復雜、參數難以測量等因素，目前仍無法實現對電機電磁模型和參數的準確建立和識別。

純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術在低速和高速工況下的性能表現有待提升。在低速工況下，由于控制精度要求較高，電機容易出現失控和共振等問題。而在高速工況下，由于電機的機械和電氣參數的非線性特性，矢量控制的效果也會有所下降。因此，如何克服這些問題，提升純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術在低速和高速工況下的穩定性和可靠性，也是未來的研究方向。

4.2" 未來發展方向與策略

當前，純電動汽車市場已經取得了長足的發展，永磁同步電機作為其核心動力部件，也得到了廣泛的應用與研究。通過對純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術的研究與發展，可以進一步提升其驅動性能和能耗效率，從而滿足用戶需求和環境要求。

在未來的發展中，純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術需要解決一系列的問題和面臨的挑戰。如何提升永磁同步電機的矢量控制精度和響應速度是一個關鍵問題。當前的研究主要集中在控制器設計和算法優化上，但仍然存在一定的局限性。因此，未來的發展需要通過新的材料和電路設計等手段，進一步提升矢量控制的性能。

其次，純電動汽車永磁同步電機的高效率運行問題也需要進一步研究。目前，磁體材料的損耗和電機傳動系統的能量損耗是影響永磁同步電機能效的關鍵因素。未來的發展需要通過研究新的磁體材料和改進電機傳動系統的設計，來提高整個系統的能效和驅動性能。

此外，純電動汽車永磁同步電機的制造工藝也需要不斷地創新和改進。特別是在大規模生產和成本控制方面，如何提高制造工藝的穩定性和效率是一個亟待解決的問題。未來的發展需要通過智能制造和自動化生產等手段，來實現永磁同步電機的高品質和低成本的大規模生產。

5" 結束語

本研究在綜述了純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術的發展現狀的基礎上，通過研究意義的闡述和對純電動汽車發展趨勢及市場需求的分析，重點探討了該技術的關鍵問題和未來研究方向。

為了進一步推動純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術的發展，建議在研究方法上，加強與工程實踐的結合，開展長周期的實際試驗和數據分析。同時，為了提高技術應用的效果，需要與相關領域的研究人員和企業進行更加緊密的合作與交流，形成多方共同努力的創新發展格局。此外，研究人員也應積極參與國內外學術會議和論壇，不斷學習和汲取相關領域的最新研究成果和理念，進一步拓寬思路和研究視野。

總之，純電動汽車永磁同步電機矢量控制技術是電動汽車領域的重要方向，本研究系統地探討和研究了該技術的發展現狀，并展望了未來的研究方向。希望本文的成果能為相關領域的研究者提供一定的參考和借鑒，推動該技術的不斷創新與應用。

參考文獻：

[1] 馬通，段敏，劉振朋，等. 純電動汽車永磁同步電機矢量控制仿真研究[J]. 汽車實用技術，2019（15）：9-12.

[2] 林立，趙海艷，羅先云，等. 車用內置式永磁同步電機SPWM控制系統建模及仿真[J]. 邵陽學院學報（自然科學版），2018（1）：29-35.

[3] 尹偉，徐聰，王璐，等. 電動汽車用永磁同步電機矢量控制系統研究[J]. 內燃機與動力裝置，2018（2）：21-26.

[4] 易磊. 輕型電動汽車用永磁同步電機驅動系統研究[D]. 武漢：華中科技大學，2019.

[5] 王毅，仝志輝，尉慶國，等. 基于離散LQR的無人駕駛車輛橫向控制方法[C]//第34屆中國控制與決策會議論文集（1）. 合肥：《控制與決策》編輯部，2022：442-449.

（編輯" 楊凱麟）