4.1 宽速域与效率优化控制
在掌握了永磁同步电机（PMSM）的基本控制原理与架构后，为实现系统在全工况范围内的最优性能，必须解决两个核心工程问题：一是如何拓展电机稳定运行的速度范围，使其既能满足高速巡航需求，又能保证低速大转矩输出；二是如何在各种负载条件下最大化运行效率，降低能耗。本节将聚焦于解决这两大问题的关键技术：用于拓展高速运行能力的弱磁控制，以及用于提升效率的最大转矩电流比控制。同时，本节也将阐述传统观测器与抗扰技术如何为这些高级策略的实现提供基础支撑。
4.1.1 宽速域控制挑战与弱磁控制原理
PMSM的稳态运行范围受到逆变器输出能力的严格约束，主要体现在电压和电流两个方面。定子电流幅值受限于逆变器最大输出电流IsmaxI_{smax}Ismax和电机热容量，构成电流极限圆。定子电压幅值则受限于直流母线电压UdcU_{dc}Udc，在考虑到逆变器最大电压利用率后，可推导出电压极限椭圆（对于表贴式电机为圆）。随着转速ωr\omega_rωr升高，反电动势E=ωrψfE = \omega_r \psi_fE=ωrψf线性增长。当电机端电压达到逆变器所能提供的极限时，便进入了“恒功率区”或“弱磁区”。此时，若不采取特殊措施，转速将无法继续提升。
弱磁控制正是为了解决这一电压限制问题而提出的。其物理本质是：通过施加一个与永磁磁场方向相反的直轴去磁电流（id<0i_d < 0id<0），来主动削弱气隙中的合成磁场，从而降低反电动势，使得在相同的端电压极限下，电机能够运行至更高转速。
基于电压极限方程和磁链方程，可以推导出电压极限在idi_did-iqi_qiq平面上的表达式。对于内置式永磁同步电机，考虑定子电阻压降，电压极限方程近似为一个椭圆：
(Ldid+ψf)2+(Lqiq)2≤(Usmaxωr)2 \left( L_d i_d + \psi_f \right)^2 + \left( L_q i_q \right)^2 \leq \left( \frac{U_{smax}}{\omega_r} \right)^2(Ldid+ψf)2+(Lqiq)2≤(ωrUsmax)2
其中，UsmaxU_{smax}Usmax为最大可输出相电压基波幅值。该式清晰地表明，随着转速ωr\omega_rωr升高，等式右侧的电压极限边界 $ (U_{smax}/\omega_r)^2 $ 不断缩小。为了在更高的转速下仍能满足电压约束，必须通过调节idi_did和iqi_qi
