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一、理论分析

已知永磁同步电机的电机d、q轴电压方程为
永磁同步电机电压方程
在d、q轴分别注入不同频率,不同幅值的高频正弦电压信号
在这里插入图片描述
由于在高频下, 此项在电机运行的稳态过程中可以看做是直流项,因此此项可以忽略,则电压方程的高频模型变为
在这里插入图片描述
同时,注入电压信号幅值一般为5V~15V,得到的电流响应幅值为0.01pu(额定电流为21A的电机,的高频响应电流幅值仅为0.2A),并且该信号是由多个频率的正弦信号合成的复杂信号,因此电阻压降可以忽略掉,上式简化为
在这里插入图片描述
因此该问题成为求解此方程组

二、MATLAB求解方程组

clear
syms Udh Uqh w1 w2 t
syms Ld Lq we  idh iqh


[x,y] = dsolve('Udh*sin(w1*t) = Ld*Didh+we*Lq*iqh', ...
    'Uqh*sin(w2*t) = Lq*Diqh-we*Ld*idh','t');
    
    %转为LaTeX格式便于Markdown文件展示
 latex(x)
latex(y)

得到的公式为:
− L q   e − t   w e   1 i   ( C 1 + ( − U d h   w 1   e t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 1 ) w 1 2 − w e 2 + U q h   w 2   e t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 2 )   1 i w 2 2 − w e 2 + U d h   w e   e t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 1 )   1 i w 1 2 − w e 2 + U q h   w e   e t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 2 ) w 2 2 − w e 2 )   1 i 2   L q )   1 i L d + L q   e t   w e   1 i   ( C 2 + ( U d h   w 1   e − t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 1 ) w 1 2 − w e 2 + U q h   w 2   e − t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 2 )   1 i w 2 2 − w e 2 + U d h   w e   e − t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 1 )   1 i w 1 2 − w e 2 − U q h   w e   e − t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 2 ) w 2 2 − w e 2 )   1 i 2   L q )   1 i L d -\frac{\mathrm{Lq}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\left(C_{1}+\frac{\left(-\frac{\mathrm{Udh}\,w_{1}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{1}\right)}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,w_{2}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Udh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{1}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{2}\right)}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{2\,\mathrm{Lq}}\right)\,1{}\mathrm{i}}{\mathrm{Ld}}+\frac{\mathrm{Lq}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\left(C_{2}+\frac{\left(\frac{\mathrm{Udh}\,w_{1}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{1}\right)}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,w_{2}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Udh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{1}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}-\frac{\mathrm{Uqh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{2}\right)}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{2\,\mathrm{Lq}}\right)\,1{}\mathrm{i}}{\mathrm{Ld}} LdLqetwe1i C1+2Lq(w12we2Udhw1etwe1icos(tw1)+w22we2Uqhw2etwe1icos(tw2)1i+w12we2Udhweetwe1isin(tw1)1i+w22we2Uqhweetwe1isin(tw2))1i 1i+LdLqetwe1i C2+2Lq(w12we2Udhw1etwe1icos(tw1)+w22we2Uqhw2etwe1icos(tw2)1i+w12we2Udhweetwe1isin(tw1)1iw22we2Uqhweetwe1isin(tw2))1i 1i
e − t   w e   1 i   ( C 1 + ( − U d h   w 1   e t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 1 ) w 1 2 − w e 2 + U q h   w 2   e t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 2 )   1 i w 2 2 − w e 2 + U d h   w e   e t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 1 )   1 i w 1 2 − w e 2 + U q h   w e   e t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 2 ) w 2 2 − w e 2 )   1 i 2   L q ) + e t   w e   1 i   ( C 2 + ( U d h   w 1   e − t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 1 ) w 1 2 − w e 2 + U q h   w 2   e − t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 2 )   1 i w 2 2 − w e 2 + U d h   w e   e − t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 1 )   1 i w 1 2 − w e 2 − U q h   w e   e − t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 2 ) w 2 2 − w e 2 )   1 i 2   L q ) {\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\left(C_{1}+\frac{\left(-\frac{\mathrm{Udh}\,w_{1}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{1}\right)}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,w_{2}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Udh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{1}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{2}\right)}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{2\,\mathrm{Lq}}\right)+{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\left(C_{2}+\frac{\left(\frac{\mathrm{Udh}\,w_{1}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{1}\right)}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,w_{2}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Udh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{1}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}-\frac{\mathrm{Uqh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{2}\right)}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{2\,\mathrm{Lq}}\right) etwe1i C1+2Lq(w12we2Udhw1etwe1icos(tw1)+w22we2Uqhw2etwe1icos(tw2)1i+w12we2Udhweetwe1isin(tw1)1i+w22we2Uqhweetwe1isin(tw2))1i +etwe1i C2+2Lq(w12we2Udhw1etwe1icos(tw1)+w22we2Uqhw2etwe1icos(tw2)1i+w12we2Udhweetwe1isin(tw1)1iw22we2Uqhweetwe1isin(tw2))1i
可以看出非常复杂
需要采用matlab内置函数进行简化

simplify(x)
simplify(y)
latex(x)
latex(y)

建议参考链接: link
化简之后的公式为
− L q   e − t   w e   1 i   ( C 1 + ( − U d h   w 1   e t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 1 ) w 1 2 − w e 2 + U q h   w 2   e t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 2 )   1 i w 2 2 − w e 2 + U d h   w e   e t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 1 )   1 i w 1 2 − w e 2 + U q h   w e   e t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 2 ) w 2 2 − w e 2 )   1 i 2   L q )   1 i L d + L q   e t   w e   1 i   ( C 2 + ( U d h   w 1   e − t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 1 ) w 1 2 − w e 2 + U q h   w 2   e − t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 2 )   1 i w 2 2 − w e 2 + U d h   w e   e − t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 1 )   1 i w 1 2 − w e 2 − U q h   w e   e − t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 2 ) w 2 2 − w e 2 )   1 i 2   L q )   1 i L d -\frac{\mathrm{Lq}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\left(C_{1}+\frac{\left(-\frac{\mathrm{Udh}\,w_{1}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{1}\right)}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,w_{2}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Udh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{1}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{2}\right)}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{2\,\mathrm{Lq}}\right)\,1{}\mathrm{i}}{\mathrm{Ld}}+\frac{\mathrm{Lq}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\left(C_{2}+\frac{\left(\frac{\mathrm{Udh}\,w_{1}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{1}\right)}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,w_{2}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Udh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{1}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}-\frac{\mathrm{Uqh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{2}\right)}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{2\,\mathrm{Lq}}\right)\,1{}\mathrm{i}}{\mathrm{Ld}} LdLqetwe1i C1+2Lq(w12we2Udhw1etwe1icos(tw1)+w22we2Uqhw2etwe1icos(tw2)1i+w12we2Udhweetwe1isin(tw1)1i+w22we2Uqhweetwe1isin(tw2))1i 1i+LdLqetwe1i C2+2Lq(w12we2Udhw1etwe1icos(tw1)+w22we2Uqhw2etwe1icos(tw2)1i+w12we2Udhweetwe1isin(tw1)1iw22we2Uqhweetwe1isin(tw2))1i 1i
e − t   w e   1 i   ( C 1 + ( − U d h   w 1   e t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 1 ) w 1 2 − w e 2 + U q h   w 2   e t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 2 )   1 i w 2 2 − w e 2 + U d h   w e   e t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 1 )   1 i w 1 2 − w e 2 + U q h   w e   e t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 2 ) w 2 2 − w e 2 )   1 i 2   L q ) + e t   w e   1 i   ( C 2 + ( U d h   w 1   e − t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 1 ) w 1 2 − w e 2 + U q h   w 2   e − t   w e   1 i   cos ⁡ ( t   w 2 )   1 i w 2 2 − w e 2 + U d h   w e   e − t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 1 )   1 i w 1 2 − w e 2 − U q h   w e   e − t   w e   1 i   sin ⁡ ( t   w 2 ) w 2 2 − w e 2 )   1 i 2   L q ) {\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\left(C_{1}+\frac{\left(-\frac{\mathrm{Udh}\,w_{1}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{1}\right)}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,w_{2}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Udh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{1}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{2}\right)}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{2\,\mathrm{Lq}}\right)+{\mathrm{e}}^{t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\left(C_{2}+\frac{\left(\frac{\mathrm{Udh}\,w_{1}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{1}\right)}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Uqh}\,w_{2}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\cos\left(t\,w_{2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}+\frac{\mathrm{Udh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{1}\right)\,1{}\mathrm{i}}{{w_{1}}^2-{\mathrm{we}}^2}-\frac{\mathrm{Uqh}\,\mathrm{we}\,{\mathrm{e}}^{-t\,\mathrm{we}\,1{}\mathrm{i}}\,\sin\left(t\,w_{2}\right)}{{w_{2}}^2-{\mathrm{we}}^2}\right)\,1{}\mathrm{i}}{2\,\mathrm{Lq}}\right) etwe1i C1+2Lq(w12we2Udhw1etwe1icos(tw1)+w22we2Uqhw2etwe1icos(tw2)1i+w12we2Udhweetwe1isin(tw1)1i+w22we2Uqhweetwe1isin(tw2))1i +etwe1i C2+2Lq(w12we2Udhw1etwe1icos(tw1)+w22we2Uqhw2etwe1icos(tw2)1i+w12we2Udhweetwe1isin(tw1)1iw22we2Uqhweetwe1isin(tw2))1i
由于matlab并不能很好的按照想要的方式合并公式中的同类项,还需要手动化简:
对这个方程组进行求解,可以得到d轴方程的通解为
在这里插入图片描述
d轴方程的特解为
在这里插入图片描述
解得q轴方程的通解为
在这里插入图片描述
Q轴方程的特解为
在这里插入图片描述

总结

dq轴的两个初值项在同步旋转轴系下是直流项,旋转方向不同,特解项包含高频响应分量以及dq轴之间的耦合响应分量。因此,与初值有关的通解可以忽略,可以得到
在这里插入图片描述