永磁同步电机高频方波电压注入法(V0)仿真揭秘-育师

永磁同步电机高频方波电压注入法(V0)。本仿真为离散模型，主要有 1.方波信号施加在旋转坐标系DQ轴系下。 2.方波频率最高取开关频率一半（5k开关频率，方波2.5k）。 3.位置估算采用PLL锁相环实现，特别适合于转速运行稳定的场合。 4.零hz可以稳定运行。 5.低速可加重负荷。 6.包括了转子预定位—高频注入法启动—反电势观测器的完整启动过程。 7.初始位置检测是单独的C代码；利用饱和特性，内嵌表贴都可适用。 8.附件包含参考文献，模型的说明文档。 9.matlab版本最好2020及以上。

今天来和大家聊聊永磁同步电机高频方波电压注入法(V0)的仿真，这个仿真用的是离散模型，里面有不少有意思的点，咱们一个个来看。

方波信号施加

首先，方波信号是施加在旋转坐标系 DQ 轴系下的。在旋转坐标系中，电机的控制和分析会更加方便。在 Matlab 里，我们可以这样简单模拟一下方波信号施加到 DQ 轴系的过程：

% 定义开关频率和方波频率 switching_frequency = 5000; square_wave_frequency = 2500; % 定义时间范围 t = 0:0.00001:0.1; % 生成 D 轴和 Q 轴的方波信号 D_axis_square_wave = square(2*pi*square_wave_frequency*t); Q_axis_square_wave = square(2*pi*square_wave_frequency*t + pi/2); % 绘制信号 figure; subplot(2,1,1); plot(t, D_axis_square_wave); title('D 轴方波信号'); xlabel('时间 (s)'); ylabel('电压'); subplot(2,1,2); plot(t, Q_axis_square_wave); title('Q 轴方波信号'); xlabel('时间 (s)'); ylabel('电压');

代码分析：这里我们先定义了开关频率和方波频率，方波频率是开关频率的一半，这符合仿真要求。然后定义了一个时间范围t，用square函数生成 D 轴和 Q 轴的方波信号，Q 轴信号相对于 D 轴信号有一个 $\frac{\pi}{2}$ 的相位差。最后用subplot把两个信号绘制在一个图里，方便观察。

频率选取

方波频率最高取开关频率的一半，就像上面代码里设置的，开关频率是 5k，方波频率就是 2.5k。这么设置是有原因的，要是方波频率太高，可能会让电机系统产生不必要的损耗和干扰；要是太低，又可能影响位置估算的精度。

位置估算

位置估算采用 PLL 锁相环实现，这个方法特别适合于转速运行稳定的场合。PLL 就像是一个聪明的“小助手”，它能根据电机的反馈信号，不断调整自身的输出，让输出信号的相位和电机实际位置的相位保持一致。在 Matlab 里实现一个简单的 PLL 可以这样写：

% 定义一些参数 Kp = 1; Ki = 0.1; theta_est = 0; % 初始估计角度 integral = 0; % 模拟电机反馈信号 feedback_signal = sin(2*pi*50*t); for i = 1:length(t) error = feedback_signal(i) - sin(theta_est); integral = integral + error; theta_est_dot = Kp*error + Ki*integral; theta_est = theta_est + theta_est_dot*0.00001; end figure; plot(t, theta_est); title('PLL 估算的位置'); xlabel('时间 (s)'); ylabel('角度 (rad)');

代码分析：这里我们先定义了 PLL 的比例系数Kp和积分系数Ki，还有初始的估计角度thetaest。然后模拟了一个电机反馈信号feedbacksignal。在for循环里，计算反馈信号和估计信号的误差，对误差进行积分，根据误差和积分值计算角度的变化率，最后更新估计角度。最后把估算的位置绘制出来。