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永磁同步电机具有功率密度高、效率高、控制精度高等优点，在国防、工业及日常生活中得到了重视及广泛应用;脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)整流器也以其良好的控制性能，成为电能转换装置的主要结构之一。本文重点研究由永磁同步发电机及PWM整流器为主要电能发生、转换装置的直流电能系统，控制目标为:在一个较宽的发电机转速范围内，输出恒定的直流母线电压。由于永磁励磁不可调节，当发电机工作在较高转速下，需要通过弱磁来稳定发电机的交流输出电压，进而稳定直流母线电压。通常采用混合励磁来实现弱磁，但结构复杂;电枢电流调磁无需多余的复杂装置，可以方便地由PWM整流器及其磁场调节控制算法实现。 本研究主要内容包括：⑴针对常见的直流电能系统，选择功率密度高、效率高的永磁同步发电机作为系统电能发生装置，通常为变转速运行;选择以全控型器件为开关元件的PWM整流器作为电能转换装置，将永磁同步发电机产生的交流电能转换为直流电能;经过直流滤波装置后供给直流负载或逆变装置。确定系统各项指标与发电机参数之间的匹配，分析并指出具备较强弱磁能力和较低短路电流的发电机设计原则。通过有限元分析，设计并制造适用于宽转速范围运行的永磁同步发电机，并基于dSPACE搭建系统测试平台。⑵根据所设计的永磁同步发电机，建立直流母线分析模型及磁场定向控制(FOC)、直接转矩控制(DTC)等在永磁同步发电机系统中的稳压控制模型，验证其在宽速度范围下对于直流母线电压稳压控制的有效性。同时，提出将有源阻尼(Active Damping)策略应用到直流母线电压稳压控制中，当直流母线上的负载突变时，可大大加快直流母线电压的动态响应速度，使其快速恢复至参考值。最后，对比分析磁场定向控制及直接转矩控制的性能优劣。⑶提出并分析直接电压控制(DVC)策略及其过渡控制算法:取消磁场定向控制中的电流内环，得到直接电压磁场定向控制(DVFOC);根据转速和负载情况计算得到定子电压幅值，直流母线电压比例积分(PI)控制器输出负载角正弦值的参考值，以两者乘积代替直接电压磁场定向控制中的直轴电压参考值，以此得到第一类直接电压控制(Direct Voltage ControlCategory1，DVC-1);直流母线电压PI控制器直接输出负载角参考值，进而得到第二类直接电压控制(DVC-2)。最后，对各控制算法的性能进行对比研究。