基于极点配置的PMSM电流环PI控制器设计

许文波 焦玮玮 潘 龙

北京精密机电控制设备研究所，北京 100076

0 引言

在运载火箭/弹道导弹各分系统中，伺服机构是运载火箭/弹道导弹的关键组成部分。永磁同步电机(PMSM)具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小等优点，机电伺服机构组成简单，具有可靠性高、维护保养要求低，测试、使用方便等特点，因此在航天型号研制中得到了广泛应用[1-3]。基于PMSM的伺服控制系统是一个包含位置、转速、电流环的多闭环系统。其中，作为最内环的电流环决定着电流的跟踪性能，响应的快速性，直接影响PMSM的输出电磁转矩，进而影响机电伺服机构的性能。

在PMSM电流环控制方式上，近年来许多先进的电流控制方法不断被提出，如非线性预测控制、反推控制、模糊PI控制、神经网络控制、滑模控制等[4-8]。工程中PMSM驱动系统多采用结构简单、易于实现、性能良好、对控制对象参数变化不敏感的PI控制器。因此，对于PMSM驱动系统比例积分(PI)控制器参数设计和整定方法的研究极具工程价值。

PI控制器的参数整定方法通常分为2类：1)基于实验的方法，如Ziegler-Nichols整定法；2)通过对被控对象进行建模，然后通过测量或辨识模型参数计算得到控制器参数。1984年Astrom和Hagglund首次提出了基于幅值裕度和相角裕度的PID参数自整定方法[9]。文献[10]旨在通过幅值裕度和相位裕度获得最佳闭环特性的PID参数。文献[11]基于PMSM调速系统的频域模型，推导出了电流环PI控制器参数Kp和Ki的解析计算式，通过这些解析式，实现设定的期望开环截止频率和相位裕度，但并未考虑系统的零极点分布及对系统性能的影响进行分析。……