永磁同步电机电流解耦（同步永磁耦合器）

1 永磁同步电机在dq坐标系上的数学模型（为什么需要解耦）

将永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型通过CLARK和PARK变换进行变换后，得到如下在dq坐标系下的数学模型。

如果把这个数学模型转换成图表，你就会清楚地看到其中的耦合关系。

从永磁同步电机的电压方程和数学模型可以看出，d轴电压Ud不仅受d轴电流id的影响，还受q轴电流iq的影响。这说明永磁同步电机的d轴电压和q轴电压存在耦合关系。我们可以将式中的和视为耦合项。由于耦合项的影响，我们的Ud和Uq无法独立控制。我们必须找到解决这个问题的方法。

另外，在实际控制中，这种耦合会对控制器的性能造成较大的危害。从公式可以看出，速度值越大，耦合项越大。这意味着电机的速度越高，耦合项越大。对电机控制器的性能影响就越大，这是非常严重的，必须消除。

2 解耦策略（如何解耦）

本文我只介绍一个简单的解耦策略，

从公式可以看出，永磁同步电机耦合的影响可以通过id=0的控制策略和前馈补偿来抵消。简而言之，只要

ud表达后iq的影响和uq表达后id的影响可以达到解耦的目的。

2.1 id=0的控制策略对解耦的贡献

首先我们讨论id=0对解耦的影响。矢量控制id=0控制的本质是实现dq轴的电流静态解耦。

d轴的阻尼绕组产生磁通，与永磁体的磁通一起构成电机的磁场。当id改变时，总磁通量改变，这是一种耦合关系。

当id=0时，磁通量完全由永磁体提供。直轴电流为0，表示电机没有直轴电枢反应，即直轴不贡献扭矩。电机的全部电流都用来产生电磁转矩，相当于他励直流电机。只需控制iq的值就可以控制电机的扭矩，自然实现了电机的静态。解耦。

当id=0时，电机的电压方程

2.2 电流前馈解耦对解耦的贡献

永磁同步电机耦合的影响可以通过前馈补偿来抵消。在d轴控制器和q轴控制器的输出端，引入与永磁同步电机的dq轴电压方程中的耦合项相等的信号作为耦合。补偿可以实现电流控制器的解耦控制。因此它也成为电压前馈解耦。解耦控制框图如图所示。

我自己通过编程来完成。

3 实验结果对比

3.1 id=0控制仿真实验结果（左下为speed波形和iq波形，右为id波形）

3.2 电流反馈解耦控制仿真结果（左下为速度波形和iq波形，右下为id波形）

3 波形详细分析

3.1 去耦前后iq波形对比（左边是去耦前的iq波形，后者是去耦后的iq波形）

对比解耦前后的iq波形，可以明显看出，解耦后的iq比解耦前对应的速度要快，平滑度也更好。这将意味着电磁扭矩也更加稳定，从而提高了电机的阶跃响应速度。本次模拟的电机为隐极式电机。如果是凸极电机，效果会更明显。

3.1 去耦前后的id波形对比（左边是去耦前的id波形，后者是去耦后的id波形）

对比前后id的波形可以看出，在电机启动阶段，id的幅值得到了明显的反馈修正。幅度明显小于解耦前。去耦后的最大值仅为0.5A，尤其是在高速时。这样的效果会更加明显。 （这里出现这个暴涨的原因目前还不清楚，如果有了解的可以在下方留言，谢谢。）

概括

永磁同步电机运行过程中，交直流轴电压之间存在耦合现象，即d轴参数的变化会引起q轴参数的变化，而q轴参数不会发生变化。有利于我们的控制。电流前馈解耦从电机模型入手，使电压输出经PI控制器调节后得到与耦合量相同的前馈补偿。该补偿可以抵消耦合项，从而实现去耦。

从实验结果来看，解耦电机的阶跃响应更快，电流波形更稳定，这将有利于整个系统的性能。

编辑：hfy