PMSM控制系列文章-7.MTPV及整体控制架构
前面所有的基本概念都已讲完，本节对着常规的PMSM控制框图来做一个系统性的分析，帮助大家把前面的知识点串起来。这里我把之前展示过的控制框图做了一下修改如下，增加了MTPA弱磁和MTPV模块，以及在SVPWM模块处增加了Udc的输入，这样整个框图就算完整了。
整个框图中的输入为：
- 三相电流，ia,ib,ic；由传感器采集得到，一般有两个传感器即可，因为三相电流之和为0（基尔霍夫定律）
- 转子位置，θ以及有θ计算出的转速w；由传感器采集得到，在无感控制中也可以是算法估算出的角度
- 母线电压Udc；由传感器采集得到
- 请求转速w∗
①转速环：首先基于目标转速和实际转速通过转速环PI控制器得到目标扭矩，一些电机项目中可能直接就输出了请求的iq（从扭矩公式可以看到tq和iq是完全成正比的）
②MTPA，弱磁，MTPV：这一部分基于请求扭矩，实时转速和母线电压综合计算目标的iq*和id*。
MTPA之前已经详细讲过在此不再赘述；
弱磁部分我们之前提到通过加大负的id来实现，那具体多少呢？这里有一个原则，弱磁的id如果给的不够肯定不行，如果给的过大虽然电机还可以正常跑，扭矩也正常，但是过多的id会让总的电流偏大进而产生浪费？这个浪费就体现定子绕组发热导致电机的效率不高。因此需要有一个合适的id，使得在该工况下需要的Us略小于Us_max（理论上最佳点是相等，但控制上我们总得留有一些余量，让系统更鲁棒；因为Us_max =0.5773Udc，因此我们需要Udc作为一个输入）。至于软件里怎么实时计算可以通过查表（标定过程中找到不同工况下的最佳id），还有Us电压闭环，或者基于电机参数实时计算Us。
MTPV会复杂一些，我们首先来看一下电压椭圆。在讲弱磁的时候我们提到Ud和Uq合成的最大电压Us有一个最大的值Us_max，这个Us_max是经过换算后电源能提供的最大电压，他会对d和iq的取值产生限制（或者说Us_max决定了能给到什么样的id和iq，电压不够的话电流自然上不去）。
那具体是什么样的限制呢？把电压方程左右平方，并忽略电阻项（高速时反电动势起主导作用作用）相加后会得到如下方程：
进一步，由于电压Us要小于Us_max，得到：
这个方程说明，不同id和iq的组合下最终需要的Us不能超过Us_max，当等于Us_max时所有id和iq的组合正好构成了一个椭圆，我们把这个椭圆称为电压椭圆。这个椭圆的大小取决于Us_max(源头来自Udc）和电机的转速（电转速）。当Udc恒定时随着转速增大时电压椭圆向内收缩，椭圆的中心为（ψ/Ld，0），我们一般把ψ/Ld称为特征电流，当这个特征电流在电流极限圆内时就需要用到MTPV了。这里稍微插一个题外的点，特征电流也是当电机处于高速时ASC（主动短路）的稳态电流。
我们把等扭矩线与电压椭圆的交点连成一条线就得到了MTPV曲线。怎么理解MTPV呢，当转速较小时不需要弱磁我们按照OA曲线即MTPA走，比如走到了D点，此时转速上来后需要弱磁则通过增加负的id来实现，因为此时电流还没有用完（在电流极限圆内）因此随着转速进一步升高就沿着DE走即恒扭矩弱磁，到了E点时，虽然仍在电流极限圆内，但已经到了电压极限椭圆的边界点，转速再升高的话如果还按照恒扭矩线走则会超出电压极限椭圆，这是不可能的，因此需要沿着MTPV曲线向G点走。
小结：综上在MTPA，弱磁，和MTPV部分通过判断电机所处工况选择不同的策略，最终输出期望的id和iq。
③电流环，将传感器采集到的三相电流经过clark和park变换后与上一步期望的id，iq做比较作为PI控制器的输入，做park变换时需要用到电机转子的角度。
⑤反park变换，同样需要用到电机转子的角度。
⑥SVPWM，此部分添加了Udc作为输入，大家可以翻看下上一讲，我们计算三相占空比的时候是需要用到Udc，其实也好理解，当Udc比较大时要输出某个Us时需要小的占空比，当Udc比较小时（比如电动汽车电池亏电）需要大的占空比。
总结
至此我们PMSM控制系列的基础内容就全部讲完了，欢迎大家在评论区留言讨论，共同进步。