永磁同步电机（PMSM）控制中为什么要Id=0？还有其他的控制方法吗？

相信在搞电机控制的小伙伴应该知道目前对永磁同步电机（PMSM）的控制技术主要有磁场定向矢量控制（FOC）和直接转矩控制技术（DTC）。

今天主要是想说一说磁场定向矢量控制（FOC）

磁场定向矢量控制的技术核心是在转子磁场旋转坐标系中针对激励电流Id和转矩电流iq分别进行控制，并且采用的是经典的PI线性调节器。系统能够呈现出良好的线性特性，可以按照经典的线性控制理论进行控制系统的设计，逆变器的控制采用了较成熟的SPWM、SVPWM等技术。

永磁同步电机在转子坐标系中的转矩公式为

从中可以看出电机转矩分为两个部分：一，永磁体产生的磁链与定子电流转矩分量作用后产生的永磁转矩Te1;二，转子的凸极结构使得定子电流励磁分量与转矩分量产生的磁阻转矩Te2。

这两部分转矩都与定子电流转矩分量iq成正比例,也就是说,可以通过控制定子电流转矩分量的大小来控制电动机的转矩,这一电流与直流电动机的电枢电流相对应, 因此永磁同步电动机的转矩控制可以转化为定子电流转矩分量的控制。另一方面,定子电流的励磁分量id会影响电动机定子磁链的大小,可以通过它产生弱磁升速的效果,这一点与直流电动机的励磁电流类似。所以永磁同步电动机与直流电动机存在着很大的相似性。

对于嵌入式转子(关于永磁同步电机转子的具体介绍参考：转子深度剖析）,Ld<Lq,电磁转矩和磁阻转矩同时存在。可以灵活有效地利用磁阻转矩,通过调整和控制β角,用最小的电流幅值来获得最大的输出转矩。对于凸极转子,Ld=Lq,因此只存在电磁转矩,而不存在磁阻转矩,转矩方程变为

由式中可以看出,当三相合成的电流矢量is与d轴的夹角β等于90°时可以获得最大转矩,也就是说is与q轴重合时转矩最大。这时

改写为

因为是永磁转子,Ψf是一个不变的值,只要保持is与d轴垂直,就可以像直流电动机控制那样,通过调整直流量iq来控制转矩,从而实现三相永磁同步伺服电动机的控制参数的解偶,实现三相永磁同步伺服电动机转矩的线性化控制。

根据转矩公式还可以看出,永磁同步电动机输出同一个转矩时存在不同的转矩电流与励磁电流的组合,这样就存在不同的电流控制策略。通常采用的控制策略主要有:id=0控制、cosθ=1控制、恒磁链控制、最大转矩/电流控制、弱磁控制和最大输出功率控制等。

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