异步电机（感应电机，IM_FOC_sensor）有感矢量控制若干关键问题的整理学习1
引言：感应电机在结构上与永磁同步电机有很大的区别：IM的转子没有永磁体，一般为鼠笼式结构，转子磁场靠定子感应产生，需要转差；PMSM的转子上 有永磁体，自己产生磁场，不需要励磁。
控制上的区别：PMSM需要知道转子的位置，才能精准控制，本质是控制定子磁场和永磁体磁场的夹角；IM控制的是磁通和转矩电流，不需要绝对位置，只需要转速或者转差。
一句话总结：
结构：PMSM转子有永磁体，IM转子是鼠笼，没有永磁体；
图1 异步电机转子磁场定向矢量控制框图：（a）间接磁场定向；（b）直接磁场定向
本期文章主要介绍同步角的获取和电流环、速度环PI参数整定的内容，即可实现IM有感矢量控制的验证。
一、同步角位置获取
同步角的获取有两种方式，一个采用公式直接计算获取，一种根据观测器估算获取。观测器的内容在后续文章中进行梳理验证，本期只重点介绍第一种。相应的IM_FOC_sensor也就是间接磁场定向，d轴的电流环没有外环（磁链环）。
由公式计算法获得转差，进而求得同步角相对比较简单。
二、PI调节器参数整定（零极点对消法）
本章节只介绍常规的基于零极点对消设计PI参数的方法。基于带宽法设计PI参数可以借鉴参考以下两篇文章的设计：
系统解析PI调节器速度外环—从PI参数整定，bode图验证到实践调试、应用
系统解析PI调节器电流内环—从PI调节器是什么到PI参数整定、bode图分析再到实践调试、应用
模型优点：PI参数自整定，只需要输入电机参数即可。
PI参数整定的步骤：
2.1 电流环PI参数整定
电流环是控制系统的最内环，电流环的带宽影响外环的带宽。设计电流环要保证电流环的响应速度要足够快速，且在动态响应过程中没有大的超调，而且稳态时，电流应该无静差。
图2.1 PI电流环控制结构框图
根据典型的I、II型系统的工程设计原则确定Kp、Ki：
2.2 速度环PI参数整定
将电流环简化后，可以等效成转速环的一个内部环节，由于电流环的变化速度比速度环的变化速度要快很多，可以将电流环的传递函数等效为一阶惯性环节：
为了实现转速无静差，在负载扰动作用前，必须要有个积分环节来保证。在负载扰动作用后，忽略摩擦因素，系统机械运动方程为一个积分环节，所以转速环总共有两个积分环节，因此速度环的函数应该设计成典型的II型系统。转速环也采用PI调节器，其传递函数为：
三、MATLAB/Simulink仿真验证和分析
图3.1 SVPWM的仿真结果
为了验证SVPWM模型的正确性，图（3.1）给出了SVPWM模块的仿真结果。由图（3.1）的第一通道可知，扇区N的值为3、1、5、4、6、2且交替变换，与扇区号的理论变化序列一致；由图（3.1）的第二通道可知，由SVPWM模块得到的调制波呈马鞍波，这样有利于提高直流电压的利用率，有效抑制谐波；由图（3.1）的第三通道可以看出，得到的相电压Ua为6拍阶梯波，与实际的理论相符。因此，以上的仿真结果验证了SVPWM模块的正确性和可行性。
图3.2 电流调节器的跟踪波形变化情况
表（1） 电机参数
图3.3整定计算的PI参数对应的dq轴电流变化情况
由图（3.3）可知：经过PI参数整定计算的PI参数代入到控制系统中，相比较于试凑法，dq轴电流的纹波明显更小。
图3.4感应电机矢量控制系统仿真波形变化情况
四、硬件实验平台实现验证以及分析（暂未更新）
五、总结
5.1 磁场定向
5.2 d、q轴之间的解耦
图5.1 解耦补偿项的结构框图
5.3 转子磁链参考值和d轴参考电流的计算获取
5.4 后续工作的内容（在下一期文章中展现）
1、将模块化搭建的SVPWM和部分M语言实现的SVPWM（PWM调制使用的模块）全部转换成M语言实现，方便后续硬件实验平台验证时打断点获取测试数据；
2、在本章内容验证的模型框架上，实现直接矢量控制，主要就是增加一个磁链环和转子磁链观测器；
3、将基于带宽设计PI参数设计成PI参数自整定，后续框架验证其它电机时，只需要替换电机参数即可。
图5.1 基于带宽法设计PI参数自整定对应的系统仿真波形变化
与图（3.4）对比，基于带宽法设计PI参数代入系统时，在突加载时速度跌落的程度变小且自恢复的响应加快。q轴电流动态响应加快且超调量减小。
图5.2 基于带宽法的PI参数自整定
