PMSM的发展及研究现状
- PMSM的发展
历史上第一台电机就是永磁电机，它是由巴洛(Barlow)在1831年发明，距今已有180多年的历史，当时，永磁材料性能比较差，永磁体矫顽力和剩磁都太低，永磁电机很快被电励磁电机所取代。
经过几十年人们对磁机理及磁材料制造技术的研究，相继发现了碳钢、钨钢、钴钢等多种永磁材料，直到20世纪70年代，以钕铁硼为代表的稀土永磁材料诞生，因其拥有很大的矫顽力、剩磁，退磁能力强和较大的磁能积使永磁同步电机重新登上历史的舞台，使永磁电机发展进入新的历史时期。1979年6月，我国的稀土电机奠基人唐任远教授在沈阳制造出了我国第一台高速、高效稀土钴永磁发电机。电机达到了每分钟万转，各项性能指标全部达到甚至超过预定要求，对开展我国稀土永磁同步发电机的发展和进步具有极大的推进作用。
永磁电机设计手段、制造工艺水平等方面在近些年也取得突破性进展，其研究和开发历程大致可分为三个阶段。
(1) 20世纪70年代，高性能的永磁材料有了重大突破，但由于价格昂贵，仅限于航空、航天等不考虑价格因素的高科技领域。在这一时期，以V.B.Honsinger和M.A.Rahman为代表的科研人员主要专注于固定频率输入下的永磁同步电机电机运行特性研究，在电机稳态特性和直接起动性能方面取得了显著的成果[1-2]。
(2)随着稀土永磁材料的发展，科研工作者主要围绕着高磁密度、低价格的永磁材料展开研究。在1983年出现价格相对较低的钕铁硼永磁后，国内外的研究开发重点转到工业和民用电机及控制器上。同时，人们将逆变供电技术引入到永磁同步电动机控制系统中。由于没有阻尼绕组，逆变供电控制的永磁同步电机保持了电机暂、稳态特性的特点，同时可以达到永磁同步电机直接启动的要求。1980年后发表了大量的论文研究永磁同步电动机的数学模型、稳态特性和动态特性。其中，A.V.Gumaste等人研究的永磁同步电动机稳态特性为永磁同步电机控制提供了可靠理论依据[3-7]。
(3) 20世纪90年代，随着价格低廉的永磁材料的出现，特别是这些磁材料在热稳定性和腐蚀性方面的优异表现，使永磁同步电机替代许多传统电励磁电机成为可能。新型分析研究永磁电机的计算机辅助软件加快了科研步伐，大量涌现的学术论文和研究成果为永磁同步电机在拖动应用行业和精确控制领域的推广打下坚实基础。其中， G.R.Slemon等人针对调速系统快速动态性能和高效率的要求[8-10]，提出的现代永磁同步电机设计方法被广泛应用。
- PMSM研究现状
当前的研究工作主要集中在硬件和软件这两方面。在硬件方面，提高包含永磁同步电机、检测元件（电流、位置传感器）、逆变器、微处理器等硬件的性能，比如采用高性能的永磁材料和先进的加工技术改进永磁同步电机的转子结构和性能，消除或削弱由于齿槽转矩所造成的转矩波动；采用有限元分析法求解电机的参数，并实验测量电机参数的变化规律，用以修正电机的数学模型，这样可以很好的描述永磁同步电机的运行特性；采用高计算速度的数字信号处理芯片（DSP），以提高运算速度及精度；采用高集成度、高可靠性的智能功率模块（IPM）可以提高逆变器的性能并且减小了伺服系统的体积；采用“卡尔曼滤波法”、“旋转高频电压信号注入法”、“脉动高频电压信号注入法”等估计永磁同步电机的转子位置从而实现转子位置检测的 “无传感器化”。在软件方面，主要从控制策略着手，提高控制性能。近年来智能控制逐渐引用到电机控制中。智能控制系统主要包括：基于人工智能的专家系统（Expert System）；基于模糊集合理论（Fuzzy Logic）的模糊控制；基于人工神经网络（Artificial Neural Network）的神经控制。文献[11]中汪书萍提出了带修正因子的模糊-PID 控制。文献[12]中刘鸿儒设计了神经网络PID速度控制器,能实时在线调整,从而实现对永磁同步电机系统不确定性的鲁棒控制。文献[13]中张健民等人采用模糊混沌神经网络建立了具有混沌特性的永磁同步电机模型。智能控制逐渐应用在永磁同步电机伺服控制系统中，并取得可喜的成果。
随着永磁同步电机的研究日趋成熟，当前正朝向高速度，大转矩、大功率、高效率以及微型化、智能化发展。近年来，在永磁同步电机本体上出现了很多高端电机，比如德国西门子公司开发的230 r/min、1095 kW的六相永磁同步电动机。用它为舰船提供动力，其体积比传统的直流电机小近60%，损耗降低近20%. 瑞士ABB公司建造的用于舰船推进的永磁同步电动机最大安装容量达38 MW。我国对永磁电机的研究起步晚，随着国内学者和政府的大力投入，它发展得很快。目前，我国已经研制生产出3 MW高速度永磁风力发电机，南车株洲公司也在研制更大功率的永磁电机。
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