Постановка проблемы. В настоящее время все большее внимание уделяется повышению энергоэффективности управления электромеханическими объектами. Особое значение решение этой задачи имеет для систем электропривода с автономными источниками электроэнергии, в частности для электромобилей, позволяя повысить их пробег между подзарядками. Одним из двигателей, широко используемых в электромобилях, является синхронный двигатель с постоянными магнитами (СДПМ), установленными на поверхности или внутри ротора. При установке магнитов внутри ротора СДПМ его механическая прочность повышается, а электромагнитная система машины становится асимметричной. Данный эффект приводит к появлению реактивной составляющей электромагнитного момента. Для таких двигателей, которые в англоязычной литературе называют IPMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Machine), разработаны оптимальные стратегии управления, которые повышают энергоэффективность систем электропривода. При работе в первой зоне регулирования скорости обычно используют стратегию оптимизации «Максимальный момент на ампер» (MTPA — Maximum Torque Per Ampere), которая обеспечивает желаемое установившееся значение момента двигателя при минимально возможном значении амплитуды тока статора и при меньшем значении амплитуды напряжения статора по сравнению с классическими системами векторного управления (СВУ) с поддержанием d-составляющей тока статора на нулевом уровне [1–9].
В отличие от асинхронного двигателя (АД), применение алгоритма MTPA при управлении IPMSM обеспечивает одновременно и минимизацию потерь в меди:
где RS — активное сопротивление обмотки статора.
Положительный эффект достигается за счет оптимального распределения тока статора i S между продольной (i d ) и поперечной (i q ) ортогональных составляющих.
Однако практическая реализация оптимальных систем сталкивается с трудностями, связанными с тем, что для формирования заданий на составляющие статорного тока необходимо решать в реальном времени уравнения 4-й степени, определяющее в неявном виде зависимость i q (M). Чтобы избавиться от этой операции, используют более простые структуры [1, 2, 8, 9], в которых ухудшаются динамические свойства системы векторного управления (СВУ) [10]. Некоторые из предложенных алгоритмов имеют в своем составе алгебраические контуры, а некоторые связаны с решением алгебраического уравнения в режиме on-line, и составлением табличных функций с последующей аппроксимацией их степенными полиномами [3].