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2
引言：前期文章主要介绍的异步电机间接矢量控制的内容。本期文章实现直接矢量控制，在原有的仿真框架下只需要增加一个转子观测器进行估算同步位置角即可。
注：引言部分提及的直接矢量控制实现是相对简单的一种实现，也可以增加一个磁链环形成d轴双闭环控制。
question：增加一个磁链环的优势有哪些？
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
本期文章主要实现的是图（1）中的直接矢量控制，增加一个转子磁链观测器和磁链调节器，其它控制模块保持不变。
一、增加一个磁链调节器的优势简析
异步电机增加一个磁链环，核心是为了强制稳定转子磁链幅值，实现转矩Te和磁链Phir解耦，让异步电机获得接近直流机的高性能。
1、解耦控制：把电流拆成d轴励磁，q轴出力，独立控制互不干扰；
2、动态响应快：转矩响应毫秒级，负载突变时转速稳，超调小；
3、鲁棒性增强：补偿转子电阻、电感变化、温度漂移、磁路饱和，让磁链不跑偏；
4、转矩脉动小：磁链恒定，转矩脉动小，运行更平稳、噪音低。
二、磁链环的PI参数整定
在不考虑弱磁运行以及效率优化的情况下，电机内部磁通一般保持为恒定值，因此为简化分析，在磁链控制环设计过程中仅将电流内环看成是一阶惯性环节，即：
式中Wcc表示电流内环控制器的带宽。
在感应电机稳态调速系统中，转子磁链与定子电流之间的关系方程为：
图2.1 基于PI调节器的磁链闭环控制系统
三、转子磁链观测器
本期文章的重点并不是转子磁链观测器，所以只简单介绍一种d、q坐标系下的电流型磁链观测器，其实现方式如下：
四、MATLAB/Simulink仿真验证和分析
图4.1 磁链控制环的阶跃响应
图（4.1）所示磁链环的阶跃响应，反馈值可以跟踪上参考值，但响应速度欠佳。在验证中，可以通过提高磁链的Kp来提高系统带宽从而加快响应的速度。实际应用中，磁链观测器环节存在一定的相位滞后，且其动态调整过程会影响磁链控制的稳定性，因此在设计磁链环的PI参数时要留有足够的相角裕度。
图4.2 转子磁链波形跟踪变化情况
图（4.2）是转子磁链的幅值变化情况，估计值可以很快跟踪给定值并保持不变。
（a）磁链开环
（b）磁链闭环
图4.3 系统波形变化情况
从图（4.3）可以发现，磁链闭环相比较，d轴电流有一个动态调节的过程。稳态时，相比较磁链开环，d轴电流的谐波更小。
五、硬件实验平台验证及分析（暂未更新）
六、总结
6.1 后续的工作内容（在下一期文章中展现）
1、转子磁链观测器内容的学习验证：a、电流型磁链观测器；b、电压型磁链观测器；c、混合模型磁链观测器；d、全阶磁链观测器。
2、优化PI调节器的实现。
图6.1 基于带宽法设计PI参数对应的系统仿真和相关变量的波形变化情况
模型优点：PI参数自整定，只需要输入电机参数即可。
