Том 337 № 1 (2026)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2026/1/5395
Модифицированный алгоритм реализации метода «максимальный момент на ампер» для синхронного двигателя с постоянными магнитами
Актуальность. Повышение точности управления моментом в синхронных двигателях с постоянными магнитами внутри ротора является ключевой задачей для современных тяговых электроприводов, включая высокодинамичные системы горнотранспортного и технологического оборудования. Классический алгоритм максимизации крутящего момента на ампер использует постоянный коэффициент преобразования момента, что приводит к систематическим ошибкам управления из-за неучёта нелинейной зависимости момента от токов статора, обусловленной явнополюсной конструкцией ротора и влиянием тока по продольной оси на магнитное поле двигателя. Цель. Разработка адаптивного алгоритма формирования отношения максимального момента к току с динамическим расчетом коэффициента преобразования момента, обеспечивающего точное управление моментом в синхронном двигателе с постоянными магнитами с учетом изменений магнитных характеристик двигателя в реальном времени. Методы. Для достижения поставленной цели использовались методы математического моделирования и компьютерный анализ в среде MATLAB/Simulink с использованием полной модели электропривода, включая систему векторного управления, силовой инвертор и блоки реализации в классическом и адаптивном алгоритме «максимального момента на ампер». Результаты. Разработан адаптивный алгоритм на основе динамического расчета коэффициента k_t, устраняющий систематическую ошибку управления моментом. При заданном моменте 350 Н·м алгоритм обеспечивает точное соответствие реализуемого момента заданному значению, полностью устраняя ошибку в 21 %, характерную для классического алгоритма максимального момента на ампер. Показано, что коэффициент k_t является динамической переменной и изменяется в диапазоне от 1,04 до 1,43 Н·м/А в зависимости от режима работы двигателя, что отражает изменение вклада реактивной составляющей тока. Заключение. Предложенный алгоритм позволяет существенно повысить точность управления моментом в электродвигателе за счет учёта нелинейной зависимости текущего момента от токов и потокосцеплений и может быть эффективно применен не только в транспортных средствах, но и в системах тягового электропривода горнодобывающей и нефтегазовой отраслей, обеспечивая энергоэффективность и точное соблюдение заданного момента.
Ключевые слова:
Синхронный двигатель с постоянными магнитами, алгоритм «максимальный момент на ампер», адаптивное управление, коэффициент преобразования момента, векторное управление, горнотранспортное оборудование, энергоэффективность
Библиографические ссылки:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Высокодинамичные энергоэффективные электроприводы горных машин / Б.З. Дробкин, А.П. Емельянов, А.Е. Козярук, А.О. Свириденко // Горное оборудование и электромеханика. – 2011. – № 4. – С. 34–39.
2. Чернышов А.Ю., Дементьев Ю.Н., Чернышов И.А. Электропривод переменного тока. 2-е изд. – М.: Юрайт, 2022. – 214 с.
3. Климов А.В. Наблюдатель тягового электромагнитного момента на валу тягового электродвигателя // Тракторы и сельхозмашины. – 2023. – Т. 90. – № 5. – С. 423–432. DOI: 10.17816/0321-4443-472138.
4. Келлер А., Сергеевский Ю.Н. Прямое измерение момента в электроприводе // Труды VIII международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. – Саранск, 7–9 октября 2014. – С. 58–62.
5. Анучин А.С. Системы управления электроприводов. – М.: ИД МЭИ, 2013. – 373 с.
6. Nerg J., Pyrhönen J., Tapia J.A. Direct-driven interior magnet permanent magnet synchronous motors for a full electric sports car // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2014. – Vol. 61. – № 8. – P. 4286–4294.
7. Kominami T., Fujimoto Y. Comprehensive analysis of IPMSM drives with FOC under different operating modes // SN Applied Sciences. – 2025. – Vol. 7. – Art. 306.
8. Wang K., Zhang G., Xu L. Direct voltage MTPA control of interior permanent magnet synchronous motor // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2024. – Vol. 39. – № 2. – P. 1567–1578.
9. Naik A.B., Choudhury S., Panda S.K. Realisation of adaptive hysteresis current controller for performance improvement of vector control based IPMSM drive system // International Journal of Emerging Electric Power Systems. – 2018. – Vol. 19. – № 3. – Art. 20180019.
10. Chen Y., Huang J., Liu G. An internal model approach to robust current control of IPMSM // IFAC-PapersOnLine. – 2020. – Vol. 53. – № 2. – P. 13883–13888.
11. Mohammed S.A.Q., Lee K.B. Improved adaptive iterative learning current control approach for IPMSM drives // Journal of Power Electronics. – 2023. – Vol. 23. – № 2. – P. 284–295.
12. Tang Z., Wang J., Zhang X. Experimental evaluation of predictive torque control of IPMSM under speed sensor and sensorless extended EMF method // Electronics. – 2022. – Vol. 12. – № 1. – Art. 68.
13. Liu Y., Wang M., Sun X. Adaptive and robust sliding mode position control of IPMSM drives // Advances in Electrical and Computer Engineering. – 2017. – Vol. 17. – № 3. – P. 61–68.
14. Чуприна Н.В., Пугачев А.А. Минимизация тока синхронных двигателей с постоянными магнитами и векторной системой управления // Электричество. – 2025. – № 6. – С. 49–58. DOI: 10.24160/0013-5380-2025-6-49-58.
15. Нестеровский А.В., Каширских В.Г. Оперативный контроль состояния асинхронных электродвигателей горных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2009. – № S8. – С. 279–284.
16. Гаргаев А.Н., Каширских В.Г. Идентификация параметров двигателей постоянного тока с помощью метода роя частиц // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2015. – № 4 (110). – С. 71–75.
17. Park J., Kim S., Lee J. Speed control of IPMSM motor drives using model reference adaptive technique // Energies. – 2021. – Vol. 14. – № 16. – Art. 5120.
18. Устройство или способ векторного управления синхронным двигателем с постоянными магнитами: пат. Рос. Федерация № 2141719; опубл. 20.11.1999, Бюл. № 32. 6 с.
19. Виноградов А.Б., Чистосердов В.Л. Математические основы векторного управления электроприводами переменного тока. – Иваново: Иван. гос. энерг. ун-т, 2004. – 40 с.
20. Астафьев Е.А., Афанасьев А.Ю. Моделирование электропривода электромобиля с возможностью рекуперации электрической энергии // Развитие концепции современного образования в рамках научно-технического прогресса: Сборник научных трудов. – Казань: ООО «СитИвент», 2020. – С. 121–130.
21. Garganeev A.G., Ibrahim A., Ulyanov D.I. Modified algorithm for controlling the traction electric motor of a electric vehicle // 2025 IEEE 26th International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM). – Altai, Russian Federation, 2025. – P. 1260–1263. DOI: 10.1109/EDM65517.2025.11096896.
22. Козярук А.Е., Рудаков В.В. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов. – СПб.: Санкт-Петербургская электротехническая компания, 2004. – 128 с.
23. Коваль А.С., Яшин В.С., Артеменко А.И. Модель электропривода на базе СДПМ с поверхностным расположением магнитов на роторе и регулированием потока // Вестник Белорусско-Российского университета. – 2019. – № 3 (64). – С. 121–128.
24. Положительное решение на выдачу патента «Способ векторного управления синхронным двигателем и устройство для его осуществления», по заявке № 2025117151/07(040189) от 21.06.2025.
REFERENCES
1. Drobkin B.Z., Emelyanov A.P., Kozyaruk A.E., Sviridenko A.O. High-dynamic energy-efficient electric drives of mining machines. Mining Equipment and Electromechanics, 2011, no. 4, pp. 34–39. (In Russ.)
2. Chernyshov A.Yu., Dementev Yu.N., Chernyshov I.A. AC electric drive. Moscow, Yurait Publ., 2022. 214 p. (In Russ.)
3. Klimov A.V. Observer of traction electromagnetic torque on the traction electric motor shaft. Tractors and Agricultural Machinery, 2023, vol. 90, no. 5, pp. 423–432. (In Russ.) DOI: 10.17816/0321-4443-472138.
4. Keller A., Sergeevskii Yu.N. Direct torque measurement in electric drive. Proc. of the VIII International (XIX All-Russian) Conference on Automated Electric Drive AEP-2014. Saransk, October 7–9, 2014. pp. 58–62. (In Russ.)
5. Anuchin A.S. Electric drive control systems. Moscow, MEI Publ. house, 2013. 373 p. (In Russ.)
6. Nerg J., Pyrhönen J., Tapia J.A. Direct-driven interior magnet permanent magnet synchronous motors for a full electric sports car. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2014, vol. 61, no. 8, pp. 4286–4294.
7. Kominami T., Fujimoto Y. Comprehensive analysis of IPMSM drives with FOC under different operating modes. SN Applied Sciences, 2025, vol. 7, Art. 306.
8. Wang K., Zhang G., Xu L. Direct voltage MTPA control of interior permanent magnet synchronous motor. IEEE Transactions on Power Electronics, 2024, vol. 39, no. 2, pp. 1567–1578.
9. Naik A.B., Choudhury S., Panda S.K. Realisation of adaptive hysteresis current controller for performance improvement of vector control based IPMSM drive system. International Journal of Emerging Electric Power Systems, 2018, vol. 19, no. 3, Art. 20180019.
10. Chen Y., Huang J., Liu G. An internal model approach to robust current control of IPMSM. IFAC-PapersOnLine, 2020, vol. 53, no. 2, pp. 13883–13888.
11. Mohammed S.A.Q., Lee K.B. Improved adaptive iterative learning current control approach for IPMSM drives. Journal of Power Electronics, 2023, vol. 23, no. 2, pp. 284–295.
12. Tang Z., Wang J., Zhang X. Experimental evaluation of predictive torque control of IPMSM under speed sensor and sensorless extended EMF method. Electronics, 2022, vol. 12, no. 1, Art. 68.
13. Liu Y., Wang M., Sun X. Adaptive and robust sliding mode position control of IPMSM drives. Advances in Electrical and Computer Engineering, 2017, vol. 17, no. 3, pp. 61–68.
14. Chuprina N.V., Pugachev A.A. Minimizing the current of permanent magnet synchronous motors with a vector control system. Electricity, 2025, no. 6, pp. 49–58. (In Russ.) DOI: 10.24160/0013-5380-2025-6-49-58.
15. Nesterovskii A.V., Kashirskikh V.G. Operational control of the condition of asynchronous electric motors of mining machines. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2009, no. S8, pp. 279–284. (In Russ.)
16. Gargaev A.N., Kashirskikh V.G. Parameter identification of DC motors using the particle swarm optimization method. Bulletin of the Kuzbass State Technical University, 2015, no. 4 (110), pp. 71–75. (In Russ.)
17. Park J., Kim S., Lee J. Speed control of IPMSM motor drives using model reference adaptive technique. Energies, 2021, vol. 14, no. 16, Art. 5120.
18. Mishchenko V.A., Mishchenko N.I., Mishchenko A.V. Device and method for vector control of permanent magnet synchronous motor. Patent RF, no. 2141719, 1999. (In Russ.)
19. Vinogradov A.B., Chistoserdov V.L. Mathematical foundations of vector control of AC electric drives: methodological guidelines for independent work of students in the course "Vector control of AC electric drives". Ivanovo, Ivanovo State Power Engineering University Publ., 2004. 40 p. (In Russ.)
20. Astafev E.A., Afanasev A.Yu. Simulation of an electric vehicle drive with possibility of electric energy recovery. Development of the Concept of Modern Education within the Framework of Scientific and Technological Progress. Collection of Scientific Papers. Kazan, OOO "SitIvent" Publ., 2020. pp. 121–130. (In Russ.)
21. Garganeev A.G., Ibrahim A., Ulyanov D.I. Modified algorithm for controlling the traction electric motor of a electric vehicle. 2025 IEEE 26th International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM). Altai, Russian Federation, 2025. pp. 1260–1263. DOI: 10.1109/EDM65517.2025.11096896.
22. Kozyaruk A.E., Rudakov V.V. Modern and prospective algorithmic support of frequency-controlled electric drives. St Petersburg, St Peterburg Electrotechnical Company Publ., 2004. 128 p. (In Russ.)
23. Koval A.S., Yashin V.S., Artemenko A.I. Model of electric drive based on PMSM with surface-mounted magnets on the rotor and flux control. Bulletin of the Belarusian-Russian University, 2019, no. 3 (64), pp. 121–128. (In Russ.)
24. A positive decision on the issuance of a patent Garganeev A.G., Ulyanov D.I., Ibrahim A. Ibrahim “Method for vector control of a synchronous motor and a device for its implementation”, 06.21.2025.
