永磁同步調(diào)速系統(tǒng)自整定PI速度控制器設(shè)計(jì)

1 引言
永磁同步電機(jī)(PMSM)具有很多傳統(tǒng)電機(jī)不具備的優(yōu)勢(shì)。它無(wú)電刷和滑環(huán)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，因而具有體積小，質(zhì)量輕，功率損耗小等特點(diǎn)，并且隨著電力電子技術(shù)和稀土永磁材料的快速發(fā)展，PMSM得到了廣泛推廣和應(yīng)用。
對(duì)于PMSM的控制，目前應(yīng)用最多的是雙閉環(huán)控制且多采用PI調(diào)節(jié)器。經(jīng)典的PI調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)法簡(jiǎn)單實(shí)用，但是會(huì)忽略很多因素，需要很多近似條件，并且在調(diào)節(jié)器參數(shù)不準(zhǔn)確的情況下，所實(shí)現(xiàn)的控制效果往往不能達(dá)到預(yù)期要求，尤其是在給定值頻繁變化的情況下。而模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等雖然能夠通過(guò)增益自整定實(shí)現(xiàn)較好的控制效果，但又相對(duì)復(fù)雜、繁瑣。
出于這種原因，這里采用了一種相對(duì)簡(jiǎn)單的增益自整定PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法。利用此方法，基本可以實(shí)現(xiàn)類似于手工調(diào)節(jié)的過(guò)程，無(wú)需人為地對(duì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算或整定。
為了驗(yàn)證理論分析的正確性及所采用的增益整定PI控制器的性能，這里利用Matlab進(jìn)行了仿真，并且進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。由仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，所提出的增益整定PI控制器的控制效果基本滿足一般的控制要求。

2 原理與設(shè)計(jì)
2．1 永磁同步電機(jī)模型
2．1．1 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
根據(jù)PMSM控制理論，正弦波PMSM一般沒有阻尼繞組，轉(zhuǎn)子磁通由永久磁鋼決定，是恒定不變的，可采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制，即將兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸定在轉(zhuǎn)子磁鏈ψr方向上，無(wú)需再采用任何計(jì)算磁鏈的模型。因此PMSM在d，q軸上的磁鏈方程簡(jiǎn)化為：
ψd=Lsdid+ψr，ψq=Lsqiq (1)
式中：id，iq為d，q軸電流；Lsd，Lsq為定子在d，q軸的電感。
d，q軸電壓方程簡(jiǎn)化為：

式中：Rs為定子電阻；ωt為轉(zhuǎn)速；p為微分算子。
轉(zhuǎn)矩方程為：
Te=np(ψriq-ψqid) (3)
2．1．2 永磁同步電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)模型
一個(gè)典型的磁場(chǎng)定向PMSM雙閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖1所示。