導(dǎo)讀：本期文章主要介紹的是基于離散域下設(shè)計(jì)PI電流調(diào)節(jié)器，之后與傳統(tǒng)的d、q軸的電流環(huán)的性能做仿真對(duì)比分析。

一、引言

在異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，普遍采用在連續(xù)時(shí)間域內(nèi)分析并隨后離散化的方法進(jìn)行電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，而當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在高速條件下，受電機(jī) 軸耦合以及數(shù)字系統(tǒng)控制延遲的影響，將導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。基于電機(jī)離散化模型，對(duì)使用不同電流調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)特性進(jìn)行了對(duì)比和分析，并通過(guò)直接離散的復(fù)矢量電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法，使電流環(huán)不受電機(jī)轉(zhuǎn)速影響，保證了系統(tǒng)在寬速度范圍內(nèi)運(yùn)行的良好性能。

二、離散域下PI電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)

離散域下的PI電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)，可分為以下幾個(gè)步驟：

1、對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行離散化；

在靜止坐標(biāo)系中感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可以等效成簡(jiǎn)單的負(fù)載，表示如下：

為了在離散域內(nèi)對(duì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)和性能進(jìn)行分析，對(duì)感應(yīng)電機(jī)在離散域內(nèi)的建模至關(guān)重要。將上式所示的物理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到離散域內(nèi)的通常做法是將逆變器作為一個(gè)理想的零階保持器，則在靜止坐標(biāo)系中感應(yīng)電機(jī)模型在離散域內(nèi)的表示為：

進(jìn)行離散化處理后，得到：

將上式轉(zhuǎn)換成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的差分方程，然后得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型在離散域中的傳遞函數(shù)為：

2、根據(jù)離散化的異步電機(jī)模型，基于零極點(diǎn)對(duì)消的設(shè)計(jì)方法，直接設(shè)計(jì)含有可調(diào)參數(shù)的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的離散域調(diào)節(jié)器；

引入直接離散的復(fù)矢量電流調(diào)節(jié)器，通過(guò)在離散域內(nèi)直接對(duì)電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，使離散電流調(diào)節(jié)器的零點(diǎn)與離散的電機(jī)模型的極點(diǎn)對(duì)消，避免了由離散化導(dǎo)致電流調(diào)節(jié)器性能的偏差。

3、可調(diào)參數(shù)K的分析計(jì)算；

4、最終離散域下電流調(diào)節(jié)器表達(dá)式的確定X；

5、根據(jù)，進(jìn)行Z的反變換，求得的差分方程，進(jìn)而求得。

三、仿真對(duì)比分析

圖3-1 離散域下PI電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)

（a）傳統(tǒng)PI電流調(diào)節(jié)器

（b）離散域下設(shè)計(jì)的復(fù)矢量PI電流調(diào)節(jié)器

圖3-2 采樣率為5KHz時(shí)d、q軸電流變化情況

（a）傳統(tǒng)PI電流調(diào)節(jié)器

（b）離散域下設(shè)計(jì)的復(fù)矢量PI電流調(diào)節(jié)器 圖3-2 采樣率為10KHz時(shí)d、q軸電流變化情況

傳統(tǒng)的PI電流調(diào)節(jié)器因?yàn)閐、q、軸分離，所以有兩個(gè)PI電流調(diào)節(jié)器獨(dú)立控制d、q、軸電流。d、q軸并未完全解耦，且耦合項(xiàng)與成正比，并且調(diào)節(jié)器還需要進(jìn)行離散才能實(shí)現(xiàn)，這不可避免的就會(huì)引入離散誤差。圖3-2中的圖（a）是傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器的d、q軸電流的變化情況，可以發(fā)現(xiàn)d、q軸的電流在采樣率為5KHz、10KHz時(shí)紋波很大，基于離散域下設(shè)計(jì)的PI調(diào)節(jié)器下的d、q軸電流的紋波非常小。

四、總結(jié)

本文給出了直接離散的復(fù)矢量電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)在離散域內(nèi)直接使電流調(diào)節(jié)器的零點(diǎn)與電機(jī)模型極點(diǎn)對(duì)消，保證了系統(tǒng)性能不受轉(zhuǎn)速影響。仿真結(jié)果表明采用這種電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法能夠在寬速度范圍內(nèi)獲得良好的性能。

審核編輯：湯梓紅