选择定子电流作为控制变量的基本原因是，在进行磁场定向时，电磁转矩和磁链解耦后直接受控于定子电流的转矩分量与磁链分量，通过控制定子电流就能有效地控制转矩和磁链。另外，电流调节器在一定意义上可看成具有理想电流源的特性，可以不考虑电机的定子侧由于电阻、电感或反电动势造成的动态行为，使控制系统的阶数降低，同时也降低了控制环节的复杂性。

因为交流电流调节器必须同时控制定子电流的幅值和相位，所以它比直流调速系统的电流调节器更为复杂。电压型逆变器（VSI）的使用，使定子电流控制受到控制作用域有限性的约束（电压矢量的有限性），而且定子电流调节器还面临着与电机运行机制有关的一些问题，如定、转子状态间的耦合现象等。另外，电机参数具有时变特性，这在定子电流控制中也必须予以考虑。同时，由于电流调节器构成了整个控制系统的最内环，因此它在系统中必须具有最大的带宽，必须具有等于零或极小的稳态误差。这些问题在电流调节器设计过程中都是需要考虑的。就目前来说，较为典型的定子电流控制方案有滞环电流控制法、PI调节器法、预测控制法、智能控制法

1.滞环电流控制法

滞环控制是古典控制理论中一类典型的非线性控制律，具有受控对象响应速度快、鲁棒性好等固有特点。图4-26是最简单的滞环定子电流控制原理示意图。

图4-26中，、、分别为定子三相电流参考值；i_a、i_b、i_c为定子三相电流检测值；对应相电流的差值、、分别为各相滞环电流控制器的输入信号，各相滞环控制器的输出构成VSI相应桥臂功率开关器件的通、断控制信号。虽然这种控制器非常简单，并且可以对定子电流的幅值进行良好的控制，使其误差得以限制在滞环宽度的两倍以内，但是这种控制器最大的缺点是开关频率不固定，它随着滞环宽度和电机运行条件的变化而变化，导致逆变器开关器件动作的随机性过大，不利于逆变器的保护，使得系统可靠性降低。同时，当希望减小定子电流误差，即环宽减小时，逆变器的开关频率将增高，这无疑加大了损耗，降低了运行效率。针对以上缺点，对滞环控制器采取了一些相应的改进措施：①通过变滞环宽度的方法，降低开关频率，但仍没有解决开关频率不固定的不足。②采用固定开关频率的控制器，通常也叫做delta调制器，它的最简单形式如图4-27所示。

图4-26 滞环电流控制器原理示意图

图4-27 带delta调制器的一相滞环定子电流控制器

delta调制器通过将比较器的输出锁定在f=1/T_s的频率上，把连续的信号转换为脉宽调制的数字信号。具体实现上，可以将电流误差信号作为调制信号，采用定时采样开关的办法直接控制滞环的接入与切断。经过改进后的滞环比较器具有成本低廉、对电机参数变化的鲁棒性强、动态性能优良等特点，其主要局限在于电流谐波较大，除非是采用高开关频率来抑制电流纹波。但一般情况下，要获得好的电流波形，开关频率常需要高于20kHz，而这通常对逆变器来讲是不希望发生的。总的来说，滞环控制器的优点还是很突出的，目前对如何进一步改进，并设计出性能更佳的滞环控制器的研究仍然很活跃。

2.PI调节器法

PI调节器通常用来提供高的直流增益，以消除稳态误差和提供可控的高频响应衰减。在直流电机的电流环控制中，PI调节器就是经常使用的，交流电流调节器中PI调节器的使用也是从直流系统中借鉴过来的。其实现类型大致有以下几类：

（1）静止坐标系中三相PI调节器 图4-28给出其中一相的调节控制原理。

图4-28 静止坐标系中的PI电流调节器

如图4-28所示，每相中都有这样的一个PI调节器，电流给定值与检测值的误差作为PI调节器的输入，输出侧产生一个与三角载波进行比较的电压指令u_m*。比较的结果送至比较器，然后再给出与逆变器相应桥臂的开关信号。这样，逆变器的桥臂切换被强制在三角波的频率上，输出电压正比于PI调节器输出的电压指令信号。这种调节器的使用，可以在一定频率范围内减小输出电流的跟踪误差。但是，与直流调速系统中相应的PI调节器相比，当考虑它的稳态效果时，还是有很大的不同。在直流情况下，由于积分作用，使得稳态响应具有零电流误差的特征，而对于交流调节器，稳态时需要具有参考频率的正弦输出，显然PI调节器中的积分作用并不会使电流误差为零，这是这种调节器的一大弊病。这个问题的解决，取决于同步旋转参考坐标系的应用。既然定子电流在不同参考坐标系中表现出不同的频率，当选择同步旋转坐标系中定子电流在其中的稳态电流表现为直流，这样应用PI调节器就可以使稳态误差为零，从控制的要求来说，这无疑是相当有效的。

这种三相电流调节器的另一个问题在于，用三个PI调节器的目的是试图调节三个独立的状态，可是实际上只有两个独立状态（三相电流之和为零）。这个问题的解决，一是可以只有两个PI调节器，同时根据三相电流关系调节第三相，这在许多情况下是可行的。另一种方法可以通过合成零序电流，并将其反馈至三个调节器，使相互解耦，达到独立调节的目的。当然，也可以在d-q同步旋转坐标系下考虑问题，同样只需两个PI调节器，并同时可以解决稳态误差问题，因而不失为较佳的解决方法，下面就将介绍这一方法。

（2）d-q同步旋转坐标系下PI调节器 矢量控制系统中，尤其是对控制系统性能要求较高的场合，一般多采用这种PI调节方式，而不是采用三相PI调节方式，理由就是前面所分析的电流稳态误差问题。图4-29所示为其控制原理图，它是通过两个PI调节器分别对同步旋转坐标系中电流矢量的两个分量进行调节控制的。

图4-29 同步旋转坐标下的定子电流PI调节器

由图4-29不难看出，这一方法的实现取决于磁场定向控制技术，并且要求给出磁链矢量的空间位置θ。需要指出的是，PWM可以采取多种方式，如优化PWM、SPWM技术等，可以达到提高电压利用率、优化开关模式等目的，而且这些PWM方法的数字化实现也不复杂。

在4.2.7节中讨论电流调节环节时，曾提到电流调节器的最终目的是用以选择合适的电压矢量，对VSI进行PWM，输出优化电压。在转子磁场定向控制中，由于磁链和转矩完全解耦，并分别由i_sd和i_sq控制，因而可简化电流调节环节，如图4-14所示。

图4-14所示实际上是由电压直接控制的调节方式，由于磁链和转矩的控制本质上就是i_sd和i_sq的控制，因而在图中用转矩和磁链调节器代替了电流调节器，控制手段更加直接，控制目的也更加明了。值得注意的是，在图4-14中，因为在转子磁场定向控制下，定子方程式中的d-q轴分量并没有完全解耦，这一点由式（4-36）和式（4-37）可以看出，所以需加上相应的补偿量U_sqc和U_sdc方可形成目标电压矢量，然后通过空间电压矢量PWM法输出VSI的桥臂开关信号S_a、S_b、S_c。显然，这种调节方式比常规PI调节器法结构简单，但又保持了常规PI调节器法的优点，不失为一种较为理想的控制方法。关于该方法的具体实现和设计，已在全数字化设计中详加叙述。

3.预测控制法(www.daowen.com)

所谓预测控制法，就是根据定子电流误差和相应的性能指标（如VSI功率器件开关次数最少、定子电流纹波减小、电磁转矩脉动小等），在一个恒定控制周期T_s中，通过选择合适的定子电压矢量，使定子电流尽快地跟踪参考信号。通常根据参考电流矢量和性能指标要求，可以定出一个图4-30所示的矢量平面，图中闭曲线表示使得满足该性能指标的电流允许误差范围。

图4-30 预测控制法中的电流误差区域

预测控制法就是要在每个控制周期内，对相应位置的电流矢量预测可能的电流轨迹。众所周知，VSI有6个非零电压矢量和两个零电压矢量，这样每一点的电流轨迹将会有7种（6种非零矢量轨迹和1种零矢量轨迹）。能够使得电流矢量轨迹在允许误差范围内的电压矢量即为预测控制法所决定的下一周期的电压矢量。

以转子磁链定向控制为例，由式（4-82）知

因为，相应于定子电流磁链分量i_sd的控制，转子回路为一惯性环节，所以可近似认为，在较短控制周期T_s的时间间隔内，转子磁链Ψ_r为恒值。基于此，记定子电流参考信号为i_s*，定子电压参考信号为u_s*，则相应的参考定子电流动态方程为

由式（4-104）减去式（4-103）可得定子电流误差方程为

从式（4-105）可得参考定子电压的表达式为

式（4-106）是根据实际定子电流i_s、实际定子电压u_s和参考电流求取参考定子电压u_s*的基础。一般情况下，u_s、i_s采用本次控制周期起始时刻的值。然而并非电机上所加的实际定子电压，预测的任务在于根据选择VSI的开关模式，即选择合适的u_i（i=0，…，7）的作用顺序，以满足性能指标的要求，比如要求电磁转矩脉动小。

我们知道，转子磁场定向控制中，电磁转矩与i_sq成正比。因此，电磁转矩的脉动特性决定于i_sq的控制特性。为此，可以规定i_sq的上、下限为b₂、b₁，控制i_sq使之保持在b₂、b₁决定的带域里，可以达到控制电磁转矩脉动幅度的目的。

若记式（4-103）为

则i_sq控制的约束可表达为

上式即表达了定子电流预测控制中关于电磁转矩脉冲的约束条件。

以上所举只是一个例子，预测控制法并不局限于同步坐标系，任何其他坐标系也同样适用，而且预测控制法还能做到减小开关损耗、降低开关频率、减少谐波损耗等优化目的。从控制意义上讲，预测控制法是一种实时的优化算法，在理论上将很具有吸引力，但需要在每个采样周期内对每个开关状态计算将来可能的电流轨迹，计算量太大，实现起来难度颇大。近年来，许多学者也就如何减少计算量的问题做了许多研究，提出一些解决问题的方案，为预测法的实用化做出了贡献。

4.智能控制法

现代控制理论的日趋发展应用也给经典控制方法带来了新鲜血液。矢量控制系统中的某些环节，由于采用了诸如模糊逻辑控制器和人工神经元网络控制器等智能控制技术，产生了意想不到的效果。异步电机是一个多变量、非线性、强耦合的时变参数系统，虽然矢量控制技术在一定程度上使异步电机得以解耦控制，然而这并不能改变其非线性且具有时变参数的特点，经典PI调节器对此无能为力，滞环控制属于非线性控制，预测控制属于最优化控制，两者在一定程度上改善了线性控制器的不足，但仍不足以很好地解决非线性时变系统的问题。由于人工神经元网络具有自组织、自学习、自适应的特点，故十分适合于非线性系统的控制。同样模糊控制器基于模糊逻辑，不需要有关控制系统的准确数学模型的知识，可以用来提高经典PI调节器的性能。对这些智能调节器的研究正方兴未艾，只是由于理论上的不成熟，以及硬件实现上的困难，对此的研究仍停留在实验室研究阶段，离工业应用还有相当长的路要走。但不可否认的是，这才是真正解决非线性系统控制问题的根本所在。相信不久的将来，异步电机控制领域将会像矢量控制技术的诞生那样，面临又一次的技术革命。

在本小节介绍的这些方法中，除了智能控制法外，都得到过广泛的应用，无论哪种方法均有其优、缺点和各自的适用范围，应根据不同的应用要求选择不同的电流调节方法。但总的来说，电流调节方法的选择又有一些共同要遵循的准则：①对电机参数变化具有鲁棒性；②能克服定、转子间状态耦合效应；③在功率器件开关速度有限制的情况下，能够实现电流的快速控制；④硬、软件开销尽可能少，实现比较方便。