在Matlab/Simulink中进行永磁同步电机流频比I/F控制系统的仿真分析
前言
本章节采用流频比i/f控制方法驱动永磁同步电机的转动，首先分析流频比i/f的控制原理，然后在matlab/simulink中进行永磁同步电机流频比i/f控制系统的仿真分析，为后续pmsm无感启动做铺垫。
一、流频比i/f控制原理
pmsm的恒压频比v/f控制是保持电机的电压和频率之比固定，即磁通为常数，既不需要转速闭环控制，也不需要进行电流采样，是一种完全的开环控制方式。v/f控制有两个明显的不足：不具备负载转矩匹配能力，转速容易产生振荡；最佳v/f曲线的整定比较困难，容易引起电机过电流。
相比于恒压频比v/f控制，流频比i/f控制是一种转速开环，电流闭环的控制方式，其无需保持电流幅值和频率的比值恒定，可依据负载转矩选择合适的电流幅值。i/f控制可以直接控制定子绕组电流幅值，因此这种控制方式不会出现电机过电流现象；通过控制定子绕组电流，使电机具有较好的负载转矩匹配能力，并且依靠“转矩-功角自平衡”特性，电机具备较强的抗负载扰动能力。i/f控制框图如下所示
二、永磁同步电机i/f控制系统matlab/simulink仿真分析
上图为pmsm流频比i/f整体控制框图，为了后续算法模型生成代码加载到底层工程进行工程实现，本示例将i/f控制算法部分单独建立模型，通过调用i/f控制算法模型进行pmsm的流频比i/f控制。
2.1.仿真电路分析
2.1.1 i/f控制
if控制算法如上图所示，id_ref设置为0，iq_set设置为电机额定电流1.2a，位置角通过如下生成：
目标速度除以时间得到加速度。此示例加速度设置为1200/3=400，即3s的时间速度由0加速为1200。
对加速度求积分得到速度，再通过下式将速度换算为角频率。
再通过 we=2pif 将角频率换算为角速度。
对角速度求积分得到电角度。
将电角度减去pi/2，使给定的虚拟同步dvqv坐标系初始位置滞后实际的基准dq坐标系90°。
通过mod函数将电角度换算到0~2*pi之间。
2.1.2 foc电流环控制
上图为pmsm电流闭环控制
2.1.3 输出处理
对svpwm控制算法的输出波形做归一化处理，使其落在[0,1]的范围内：
2.1.4 主电路
2.2 仿真结果分析
电机转速：3s后达到设定的目标转速1200rpm
电机定子电流：电流幅值为设定的给定值1.2a
电机转子位置与给定位置：两坐标系的初始位置差为90°
同步旋转坐标系下的定子电流id、iq：
同步旋转坐标系下的定子电压：
电磁转矩：
总结
本章节采用流频比i/f控制方法驱动永磁同步电机的转动，首先分析了流频比i/f的控制原理，然后在matlab/simulink中进行了永磁同步电机流频比i/f控制系统的仿真分析，为后续pmsm无感启动奠定基础。
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本章节采用流频比i/f控制方法驱动永磁同步电机的转动，首先分析流频比i/f的控制原理，然后在matlab/simulink中进行永磁同步电机流频比i/f控制系统的仿真分析，为后续pmsm无感启动做铺垫。
一、流频比i/f控制原理
pmsm的恒压频比v/f控制是保持电机的电压和频率之比固定，即磁通为常数，既不需要转速闭环控制，也不需要进行电流采样，是一种完全的开环控制方式。v/f控制有两个明显的不足：不具备负载转矩匹配能力，转速容易产生振荡；最佳v/f曲线的整定比较困难，容易引起电机过电流。
相比于恒压频比v/f控制，流频比i/f控制是一种转速开环，电流闭环的控制方式，其无需保持电流幅值和频率的比值恒定，可依据负载转矩选择合适的电流幅值。i/f控制可以直接控制定子绕组电流幅值，因此这种控制方式不会出现电机过电流现象；通过控制定子绕组电流，使电机具有较好的负载转矩匹配能力，并且依靠“转矩-功角自平衡”特性，电机具备较强的抗负载扰动能力。i/f控制框图如下所示
二、永磁同步电机i/f控制系统matlab/simulink仿真分析
上图为pmsm流频比i/f整体控制框图，为了后续算法模型生成代码加载到底层工程进行工程实现，本示例将i/f控制算法部分单独建立模型，通过调用i/f控制算法模型进行pmsm的流频比i/f控制。
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目标速度除以时间得到加速度。此示例加速度设置为1200/3=400，即3s的时间速度由0加速为1200。
对加速度求积分得到速度，再通过下式将速度换算为角频率。
再通过 we=2pif 将角频率换算为角速度。
对角速度求积分得到电角度。
将电角度减去pi/2，使给定的虚拟同步dvqv坐标系初始位置滞后实际的基准dq坐标系90°。
通过mod函数将电角度换算到0~2*pi之间。
2.1.2 foc电流环控制
上图为pmsm电流闭环控制
2.1.3 输出处理
对svpwm控制算法的输出波形做归一化处理，使其落在[0,1]的范围内：
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2.2 仿真结果分析
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电机定子电流：电流幅值为设定的给定值1.2a
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同步旋转坐标系下的定子电流id、iq：
同步旋转坐标系下的定子电压：
电磁转矩：
总结
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