導讀：本期文章主要介紹的是基于離散域下設計PI電流調節器，之后與傳統的d、q軸的電流環的性能做仿真對比分析。

一、引言

在異步電機矢量控制系統中，普遍采用在連續時間域內分析并隨后離散化的方法進行電流調節器的設計，而當系統運行在高速條件下，受電機 軸耦合以及數字系統控制延遲的影響，將導致系統性能下降。基于電機離散化模型，對使用不同電流調節器的系統特性進行了對比和分析，并通過直接離散的復矢量電流調節器設計方法，使電流環不受電機轉速影響，保證了系統在寬速度范圍內運行的良好性能。

二、離散域下PI電流調節器的實現

離散域下的PI電流調節器的實現，可分為以下幾個步驟：

1、對異步電機進行離散化；

在靜止坐標系中感應電機的數學模型可以等效成簡單的負載，表示如下：

為了在離散域內對電流調節器的設計和性能進行分析，對感應電機在離散域內的建模至關重要。將上式所示的物理系統轉換到離散域內的通常做法是將逆變器作為一個理想的零階保持器，則在靜止坐標系中感應電機模型在離散域內的表示為：

進行離散化處理后，得到：

將上式轉換成同步旋轉坐標系下的差分方程，然后得到旋轉坐標系中的感應電機數學模型在離散域中的傳遞函數為：

2、根據離散化的異步電機模型，基于零極點對消的設計方法，直接設計含有可調參數的同步旋轉坐標系下的離散域調節器；

引入直接離散的復矢量電流調節器，通過在離散域內直接對電流調節器進行設計，使離散電流調節器的零點與離散的電機模型的極點對消，避免了由離散化導致電流調節器性能的偏差。

3、可調參數K的分析計算；

4、最終離散域下電流調節器表達式的確定X；

5、根據，進行Z的反變換，求得的差分方程，進而求得。

三、仿真對比分析

圖3-1 離散域下PI電流調節器的實現

（a）傳統PI電流調節器

（b）離散域下設計的復矢量PI電流調節器

圖3-2 采樣率為5KHz時d、q軸電流變化情況

（a）傳統PI電流調節器

（b）離散域下設計的復矢量PI電流調節器 圖3-2 采樣率為10KHz時d、q軸電流變化情況

傳統的PI電流調節器因為d、q、軸分離，所以有兩個PI電流調節器獨立控制d、q、軸電流。d、q軸并未完全解耦，且耦合項與成正比，并且調節器還需要進行離散才能實現，這不可避免的就會引入離散誤差。圖3-2中的圖（a）是傳統PI調節器的d、q軸電流的變化情況，可以發現d、q軸的電流在采樣率為5KHz、10KHz時紋波很大，基于離散域下設計的PI調節器下的d、q軸電流的紋波非常小。

四、總結

本文給出了直接離散的復矢量電流調節器的設計方法，通過在離散域內直接使電流調節器的零點與電機模型極點對消，保證了系統性能不受轉速影響。仿真結果表明采用這種電流調節器設計方法能夠在寬速度范圍內獲得良好的性能。

審核編輯：湯梓紅