永磁同步电机具有高效率和高功重比的优点,被广泛应用于航空航天、轨道交通、电动汽车等应用领域。这些现代工业应用场景对电机的高运行转速提出了要求,电机转速若要突破基速的限制,需要对电机进行弱磁控制,使其能够从恒转矩区运行到恒功率区。此外,在实际工业需求中电机控制系统的转矩输出能力也备受关注。为了保证安全,实际工作电流不能超过最大电流,因此为了提升弱磁区内的最大转矩就需要采用电压拓展的方式。将过调制算法引入到PMSM高速弱磁控制系统中,以提升电机的极限转矩输出能力,但是传统过调制算法会引入以六次谐波为主的严重电流谐波。针对过调制引入的电流与转矩谐波问题,本文对永磁同步电机弱磁区的转矩提升进行了深入研究,从实际工作需求的角度出发,设计了新的过调制弱磁控制框架,在保持系统高动态性的同时,实现了电流控制性能的实质性提升。论文具体内容如下:根据永磁同步电机高速运行时的约束条件设计了基于电压闭环的永磁同步电机弱磁控制系统,初步拓宽了转矩输出能力与转速范围。为了进一步提升转矩的极限输出能力,设计了从内切圆电压到六拍运行的完整过调制算法,搭建了具有六拍弱磁能力的永磁同步电机驱动系统。通过实验证明了固定的以六拍电压基波幅值作为参考电压的过调制弱磁算法在提升转矩能力的同时,也会引入严重的转矩谐波。其原因在于,传统的过调制算法电压闭环回路中参考电压设置为六拍电压基波幅值,导致不论实际工作情况如何逆变器始终输出六拍电压。从这一角度考虑,冗余的过调制是造成转矩谐波进一步增大的根本原因。为了减小冗余过调制,降低传统过调制弱磁算法的转矩谐波,通过弱磁环参考电压调整的方式对调制度进行控制,设计了基于参考电压调整的永磁同步电机过调制策略与基于工作象限匹配的过调制区转矩提升策略。基于减小调制度的思想,本文首先设计了六拍电压-内切圆电压切换法,通过逻辑模块输出内切圆参考电压或者六拍参考电压,初步实现了参考电压的动态调整。为了使得参考电压可以实现从内切圆电压到六拍电压基波幅值的连续变化,又设计了三种参考电压,然后通过转速误差或者定子电流的状况进行判断后输出,得到基于参考电压调整的过调制控制策略,分为转速优先方式与电流优先方式。所提算法可以在保证动态过程参考电压给定最大的前提下降低稳态时由多余过调制引入的转矩谐波,其有效性通过仿真与实验得到了证明。这种控制方式存在的问题在于,由于判断优先级的存在,导致不论转速优先方式还是电流优先方式均不能实现某些工作情况下的最优参考电压给定。为了解决参考电压无法与实际工况进行精确匹配的问题,提出了基于工作象限匹配的过调制区转矩提升策略。定量分析了所设计的三种参考电压的转矩范围,结合其设计过程可以得到这三种参考电压的特点。为了同时利用三种参考电压并将其应用到最合适的工作情况,根据转速误差与定子电流的不同情况将工作情况分为四个区间,即为本文提出的工作象限的概念,再根据三种参考电压的特点将它们运用到最合适的工作象限中,设计逻辑模块进行判断与输出,从而得到基于工作象限匹配的过调制区转矩提升策略。所提出的方法可以根据实际工作象限动态调整参考电压,在保证动态过程快速性的同时降低稳态时的转矩谐波。在2.2k W永磁同步电机对拖实验平台上验证了所提算法的有效性。