永磁同步电机矢量控制（五）——基于id=0的矢量控制的动态解耦策略

目前传统的矢量控制常见的方法有 id=0 控制和最大转矩电流比控制，前者主要适用于标贴式三相PMSM，后者主要用于内嵌式PMSM。但这里说明一下，对于表贴式PMSM，Id=0控制和最大转矩电流比控制是等价的。因为用的是表贴式PMSM，所以本文讲的解耦策略是基于id=0控制的。

一、耦合在哪里

先看下PMSM基于同步旋转dq坐标系的电压方程：

这个我们还是把它化成电流方程的形式：

为了更直观的看到耦合关系，用一张图表示

二、耦合对系统的影响

矢量控制 id=0 控制的本质是实现dq轴电流的静态解耦，使得定子电流中只含有转矩分量。但是并不能消除dq轴电流耦合的关系。 当转速上升或快速变化时，受电流环带宽的限制，dq轴电流控制精度下降，稳态时纹波加大。动态时过度过程明显变慢。而且耦合项的比例随速度的提高而增大，电流响应在高速时受耦合作用的影响就越大。

那么为提高PMSM在高速运行和瞬态运行时的控制性能，所以要消除耦合的影响，即消除耦合项wLqIq，和WLdId的影响。使得dq轴电流调节器对电流的控制相互独立。

三、怎么解耦

这里介绍一个常见的解耦方法，电流反馈解耦也可以叫做电压前馈解耦。
PMSM电机耦合的影响可以通过前馈补偿的方式抵消掉，在d轴和q轴电流调节器的输出端分别引入dq轴电压方程的耦合项，大小相等符号相反作为耦合项。即可实现电流调节器的解耦控制。
用个框图表示：

那么：

四、simulink仿真实验结果对比

1、 id=0 控制仿真实验结果

2、id=0带电流反馈解耦控制仿真结果

3，结果分析

iq波形对比

对比前后 iq 的波形，明显解耦后的 iq 比解耦前的平稳度要更好，这将意味着电磁转矩也更加稳定，所以电机的阶跃响应的速度提升。此次仿真的电机是一台表贴式的电机，如果是内嵌式的电机效果将更明显。

id波形对比

由上面的仿真图形直接可以看出 ，id 的幅值明显得到了反馈的校正，幅值明显比解耦前要小，尤其在高速时，这种效果将更加明显。

小结

永磁同步电机在运行过程中，交直轴电流之间存在耦合的现象，即d轴的参数变化会引起q轴的参数变化，这将不利于我们的控制。而电流前馈解耦就是从电机模型出发，使电压在经过PI控制器整定之后的输出，得到一个跟耦合量相同的前馈补偿，补偿可以将耦合项抵消，从而实现了解耦。