驱动控制系统是新能源汽车中重要的部分，其中的电机控制技术成为电机驱动控制的核心。所以，电机驱动控制技术引起国内外学者广泛关注与研究。对永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，以下简称：PMSM)的控制方式都是通过 PWM 信号来控制逆变器输出电压，形成满足电机高效稳定运行所需的电压和电流波形。

总结起来，PMSM 控制策略主要存在以下三种：恒压频比控制、直接转矩控制和矢量控制。

新能源汽车

一、恒压频比控制

恒压频比控制是首先在对异步电机的控制研究中提出的控制方法。该方法主要通过控制逆变器输出电压幅值使电机线电压与电机频率(v/f)保持定值。该控制方法不依赖电流、转速等传感器即可保证电机稳定工作，控制方法简单，易于实现。但是该控制方法为一种开环控制方法，虽然不需要传感器采集电流、转速等信息，从而简化算法，但另一方面失去了反馈信号用于对控制进行矫正，所以导致控制系统的动态性能较差。

恒压频比属于开环控制

该控制算法可以扩展到 PMSM 控制中应用，且控制策略基本相同，即通过调节电机线电压幅值来保持v/f比值不变来调节磁通不变。恒压频比控制是一种对电机稳态进行控制的方法，控制方法简单，多用于恒定转速或恒定负载情况下的工业电机控制，如风机、水泵等，并适用于控制精度与要求较低的场合。

恒压频比应用于家用电器

二、直接转矩控制

直接转矩算法由德国 M.Depenbrock 在20世纪 80 年代针对异步电机提出，随着 PMSM 的发展，于 90 年代扩展到对 PMSM 的控制，为电压源型逆变器传动系统提出了一种先进的标量控制技术，该技术被称为直接转矩控制。基于该技术的传动系统性能与矢量控制的传动系统性能媲美。而这项技术被一家大公司应用到商业产品中，从而引起了广泛的关注。

直接转矩控制应用于传送带

该控制方案的原理是通过查表的方法以选择合适的空间电压矢量，从而实现传动系统转矩和磁链的直接控制。其基本的思想是通过控制定子磁链来直接控制电机的电磁转矩，而不像矢量控制那样通过控制电流来控制转矩。在定子坐标系下观测电机定子磁链和电磁转矩，将磁链、转矩观测值与控制值作差经两值滞环比较器后得到磁链、转矩控制信号，综合考虑定子磁链位置，由事先定义好的开关表选择适当的电压空间矢量，控制定子磁链的走向，从而控制转矩。

直接转矩控制原理图

该算法主要思想是直接对电机转矩进行控制，避免了复杂的坐标变换，简化了计算量，在交流异步电机中是一种有效的控制方法。直接转矩控制将逆变器和交流电机通过建模联合成一个整体进行分析，直接输出电压矢量对电机进的磁链和转矩进行控制，不需要电流采样，进而省去了坐标变换。另外，直接转矩控制模型只与定子电阻有关，大大减弱了因电机参数变化而造成的控制效果不理想情况。虽然直接转矩控制算法较为简便，易于操作，但其依然存在一些缺点，如小功率时转矩脉动大、电机起动性能差等问题。所以直接转矩控制想在电动汽车电机控制中大规模应用还需要一些时间。

直接转矩控制磁链轨迹图

三、矢量控制

矢量控制算法由 F.Blasehke 于 1971 年提出，其最初的控制对象是交流异步电机。该算法就是用静止坐标系所表示的电机矢量变换到以气隙磁场或转子磁场定向的坐标轴系。选用转子磁场定向方法，三相电流经过由三相静止坐标系到两相静止坐标系，再由两相静止坐标系到两相旋转坐标系，并将轴定在转子磁链的方向，则交流发电机就变成了由励磁电流分量和转矩电流分量分开控制的直流发电机。按照直流电机的控制方法，求得控制量后，再经过坐标反变换，就能控制交流电机。

矢量控制解耦后类似他励直流电机控制思想

其基本思想是在三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量并使两分量相互垂直，彼此相互独立然后再分别进行控制。这样交流电机的转矩控制，从原理上和直流电机功能相似，就可以采用直流电机的控制思想来控制。因此矢量控制的关键仍是对电流矢量的幅值和空间相位频率和相位的控制。

Id=0的矢量控制原理图

矢量控制的目的是为了改善转矩控制的性能，而最终实施要落实到对定子电流交流量的控制上。由于在定子侧的各物理量电压、电流、电动势、磁动势都是交流量，其空间矢量在空间以同步转速旋转，调节、控制和计算均不方便，为此需借助于坐标变换。使各物理量从静止坐标系转换到同步旋转坐标系，在同步旋转的坐标系上观察，电动机的各空间矢量都变成了静止矢量，在同步标系上的各空间矢量就变成了直流量，可以根据转矩公式的几种形式，找到转矩和被控矢量的各分量之间的关系，实时地计算出转矩控制时所需要的被控矢量的指令值—直流控制量。按指令值实时控制，就能达到直流电动机的控制性能由于这些直流控制量在物理上是不存在的，是虚构的，因此，还必须再经过坐标的逆变换过程，从旋转坐标系回到静止坐标系，把上述的直流控制量变换成实际的交流控制量，在三相定子坐标系上对交流量进行控制，使其实际值跟随指令值。

旋转坐标系

简单的说所谓矢量控制就是将用静止坐标系所表示的电动机矢量变换到以气隙磁场或转子磁场定向的坐标轴系。最早的永磁同步电机高性能控制采用电流型的矢量控制方式。通过旋转坐标变换将强祸合的交流电机等效为直流电机，进行解祸控制，从而可以得到与直流电机相媲美的控制性能。后来这种控制思想被拓展应用到永磁同步电机控制中，其基本的控制思想是通过控制垂直于转子磁链的定子电流来控制电机的电磁转矩。

矢量控制是当下应用最广泛的控制

永磁同步电机矢量控制系统能实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制，随着工业领域对高性能伺服系统需求的不断增加，特别是机器人、数控机床等技术的发展永磁同步电机矢量控制系统具有广阔的发展和应用前景，对这种系统的研究己成为中小容量交流调速和伺服系统研究的重点之一。

高科技自动产品离不开控制电机

对上述三种永磁同步电机控制算法进行对比，矢量控制具有控制精度较高，动态响应好，电机转速控制范围广的优点，目前应用十分广泛，相对恒压频比控制和直接转矩控制更适合用于电动汽车驱动控制。

矢量控制更稳定