永磁同步电机控制算法--弱磁控制（电压角度法单电流调节器）

一、原理介绍

当永磁同步电机在进入弱磁区域之前，电机的直轴电压和交轴电压可以分别通过直轴电流和交轴电流进行独立调节，从而达到各自所需的值;当电机进入弱磁区域后，由于直轴电流和交轴电流之间的耦合，交直轴电流中的任意一个值被确定就意味着另一个值也就被确定，因此电流调节的自由度仅为1，直轴电压和交轴电压的调节就无法根据直轴电流和交轴电流自由调节得到，电压矢量的幅值被限制在了逆变器能够输出的最大值处，与电流矢量类似，也可定义一个角度η作为电压矢量角，于是，在弱磁条件下，直轴电压和交轴电压就可由电压矢量幅值的最大值Umax与该电压矢量角共同表示。

二、仿真模型

在MATLAB/simulink（软件版本为2020A）里面验证所提算法，搭建仿真。采用和实验中一致的控制周期1e-4，电机部分计算周期为1e-6。仿真模型如下所示：

仿真工况：电机空载零速启动，0s给定转速开始上升直至2800rpm，在0.6s时施加负载，0.8s撤去负载，1s时给定转速开始下降直至1200rpm。在这个过程中，电机会从MTPA进入SCR-VAC，然后再退出弱磁进入MTPA。

2.1给定转速、实际转速

2.2dq轴电流

2.3dq轴电压

2.4电压总幅值

可以看出，从MTPA进入弱磁时波形较为平滑，但从弱磁进入MTPA时，由于转速环的作用会给出一个变化率较大的iq给定，与之前定交轴、变交轴方法的解决方式一样，在进入MTPA时对转速环P的作用进行限制或者消除，从而避免较大的iq波动。

改进后的dq轴电压如下图所示：

2.5 电压角度

在电机输出正负向需要设置不同的角度限幅范围从而保证电机系统稳定和控制有效，这个在仿真中已经实现。

下面对负载能力进行测试，仿真工况：电机空载零速启动，0s给定转速开始上升直至2600rpm，0.6s时施加负载。

2.6给定转速、实际转速

2.7dq轴电流

2.8dq轴电压

2.9电压总幅值

可以看出电压角度法单电流调节器可以最大化输出电机转矩。

总的来说，电压角度法在实际转速或者负载转矩发生变化的条件下，通过改变电压天量角度的值，来改变直轴电压和交轴电乐的给定值，从而适应了实际转速和负载转矩的变化