永磁同步电机控制算法–滞环电流控制(滞环宽度控制法、同步开关法)

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电流滞环跟踪控制（Current-hysteresis-control， CHC）因其硬件电路简单、价格成本低、控制容易实现，广泛应用在家用洗衣机、变频空调及电动车等小功、控制要求较低的场合

一、原理介绍

三相PMSM的滞环电流控制框图

电流滞环跟踪控制的基本原理如图 3.1 所示，通过比较给定基准电流i*与实际电流i，产生一个电流偏差Δi，当电流偏差Δi 大于滞环宽度h时，关断功率开关器件，减小实际电流i；当电流偏差Δi小于滞环宽度h时，导通功率开关器件，增大实际电流i，从而实现实际电流跟随给定参考电流的变化而变化，这样实际电流的变化范围被限定在滞环宽度h以内。因此对电流滞环控制来说，滞环宽度h的选取是极为重要的。如果滞环宽度h取值过大，会降低电流跟踪性能，导致电流、转矩脉动加大，最终降低了电机的运行效果；如果滞环宽度h取值过小，会导致功率器件的开关频率过高，增加开关损耗，使得功率变换器效率降低

电流滞环跟踪控制

当在永磁同步电机中采用电流滞环跟踪控制时，由于其逆变器功率管的开关频率相对较高，一个开关周期内电流的变化量很小，可认为电机电流是在实时调的。这时就将原本对电机电压的控制转变为对电机电流的控制，简化了控制模型。同时对电流直接控制可使绕组电流快速跟踪参考电流变化，电机获得较快的动态响应。但是电流滞环跟踪控制其开关频率不固定，容易引入谐波干扰，从而使控制性能下降

电流滞环跟踪控制一般包括两种基本方法：滞环宽度控制法（Hysteresis width control method）和同步开关法（Synchronous switching method）

滞环宽度控制法：在固定滞环宽度的基础上，通过比较电流偏差信号和电流滞环宽度，产生相应开关器件的驱动信号，实现控制开关器件的导通与关断，达到电流跟踪的目的

同步开关法：通过固定采样频率，在每个采样周期内，比较电机给定基准电流i*和电机实际电流i。若i> i*，则发出信号使上桥臂开关器件关断，下桥臂开关器件导通，使相电流减少，若i<i*，其过程相反。这种方法中，这种方法中逆变器功率管的开关频率是固定的，是采样频率的整数倍，同时采样频率越高，电流的跟踪效果就越好。然而实际电流i与参考电流i*之间的误差不像滞环宽度控制法那样在环宽之内。简单理解就是将滞环宽度设置为0，并固定采样频率。

二、仿真模型

在MATLAB/simulink（软件版本为2024A）里面验证所提算法。

2.1滞环宽度控制法

首先验证滞环宽度控制法，控制周期1e-6，电机部分计算周期为1e-6。仿真模型如下所示：

2.1.1给定转速与实际转速

2.1.2电磁转矩

2.1.3A相电流参考值与实际值

2.2同步开关法

接下来验证同步开关法，控制周期1e-5，电机部分计算周期为1e-6。如果控制步长按照1e-4设置，也是可以运行的，10k开关频率对转速跟踪影响不大，因为电机本身机械时间常数要大于电气时间常数，只是电流和转矩的高频抖动会变大。仿真模型如下所示：

仿真模型中不同颜色代表不同步长

2.2.1给定转速与实际转速

2.2.2电磁转矩

2.2.3A相电流参考值与实际值

总结：滞环宽度控制法通过保持恒定环宽，但是开关频率不受控制；同步开关法采用固定开关频率，但是滞环宽度不受控制。