永磁同步电机控制算法--弱磁控制（虚拟电阻）

一、原理介绍

传统单电流调节器弱磁控制方法的原理是交轴电压不通过电流调节器，直接给定交轴电压值作为交轴电流调节器的输出，而直轴电流的给定值由速度调节器控制，这就意味着最终的电压控制信号是由一个电流调节器和一个固定交轴电压信号组成的。

传统的定交轴电压弱磁控制算法给定交轴电压 UFWC为定值，电机工作点在加载过程中沿负载曲线移动，但是电机的带载能力与效率会互相矛盾。为简化图形，以表贴式永磁（Surface-mounted Permanent Magnet, SPM）电机为例进行分析，传统定交轴电压算法下电机运行状态分析如下图所示。

电机在某一转速ωe下给定交轴电压UFWC时，负载曲线在id-iq坐标系上与横轴交点为B点，与电压极限圆对称轴交点为F点，当电机想要达到最大带载能力时，需要取的交轴电压为UFWC1，此时电机电磁转矩为Te1，但是此时空载时电机工作在A点，电机的定子电流已经很大，导致电机的效率变低；假设当电机想要最大限度地提高工作效率，则需要取的交轴电压为UFWC2，此时电机空载时工作点为B点， 该点为电机在空载时能达到的最小定子电流，相比A 点电机效率显著提高，相比定交轴电压为UFWC1时， 负载线整体下移，即电机效率比之前升高，但是此时电机的带载能力变低，电机能够达到的最大电磁转矩减小为Te2。若要同时兼顾带载能力与电机效率， 显然仅仅改变负载线公式中的交轴电压给定值UFWC 不能解决问题，为此，参考文献提出虚拟电阻Rs′概念，通过改变Rs′与UFWC同时改变负载线的斜率与截距，从而达到带载能力与电机效率的双重优化。

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2600rpm，在0.6s时施加负载。

在同等仿真设置下对比基于虚拟电阻的单电流调节器弱磁控制和定交轴的单电流调节器弱磁控制。前一个为虚拟电阻，后一个为定交轴。

2.1给定转速、实际转速

2.2dq轴电流

2.3dq轴电压

2.4三相电流

2.5电压总幅值

空载时，虚拟电阻方法相电流幅值为5.2A，传统定交轴方法相电流幅值为8.2A；加载时，虚拟电阻方法相电流幅值为7.6A，传统定交轴方法相电流幅值为8.4A；采用的基于虚拟电阻的单电流调节器弱磁控制算法相对于传统的定交轴弱磁控制算法降低了电机工作时的损耗，效率显著提高