基于磁场定向的PMSM二自由度PID控制器设计

蔡 豪,曾岳南

(广东工业大学,广州510006)

0 引 言

当今世界的电机负荷约占全社会用电的60%,其功率小到低于1 W,大到几十兆瓦不等。电机驱动控制系统需要满足的技术要求主要包括以下几点:具有高转换效率;当控制或干扰信号变化时,能够快速消除误差;可靠且操作简单。其中永磁同步电机(以下简称PMSM)因为具有较高的功率/重量比和高转矩/惯量比,效率高等优点受到广泛应用[1]。常规的PMSM调速系统大多采用速度外环包含电流内环的双环串级控制结构[2]。随着控制理论的不断发展,越来越多的复杂控制策略被许多学者应用在PMSM调速系统中,诸如自适应控制、模糊控制、神经网络控制等,但这些非线性控制策略通常对MCU(Micro Control Unit)的性能要求较高,且在工业现场应用时或存在参数调谐方向不清晰,或鲁棒性差等缺点,所以目前常规PI控制器的主导地位仍旧难以撼动。但是在PMSM调速系统中常规的PI速度控制器易产生起动超调,对负载转矩的扰动较为敏感,不能兼顾系统的跟踪和抗扰。

为消除速度超调,降低系统对负载转矩扰动的敏感性,有韩国学者[3]将常规的PI速度控制器改成了IP结构,虽然实现了目标,但是大大牺牲了速度响应的快速性。在国内深圳固高科技公司的工程师[4]在此基础之上提出了一种改进型的IP控制器,一定程度上提高了速度响应的快速性,但是仍旧未能对控制器参数设定与系统的跟踪性和抗扰性进行深入探讨。Horowitz在1963年第一次提出了二自由度控制的概念,其中对于自由度的个数的概念是指在控制系统中可以独立设定的闭环传递函数的个数[5]。……