永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)三閉環(huán)位置矢量控制

本文主要介紹永磁同步電機(jī)三閉環(huán)位置矢量控制。三閉環(huán)控制是在雙閉環(huán)的基礎(chǔ)上加了一個(gè)位置環(huán)對位置角進(jìn)行控制。那為什么要加位置環(huán)呢？因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)的需求變了，雙閉環(huán)要求轉(zhuǎn)速的變化，而三閉環(huán)則要求轉(zhuǎn)到指定的位置。本文主要介紹一下三閉環(huán)的位置環(huán)的原理和實(shí)現(xiàn)的過程。

一、引言

三閉環(huán)控制主要是在雙閉環(huán)的基礎(chǔ)上添加了一個(gè)位置環(huán)，所以先簡單回顧一下雙閉環(huán)永磁同步電機(jī)矢量控制。

矢量控制的最終目的是通過控制定子電流來改善電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的跟隨性能。矢量控制的基本思想是在三相交流電機(jī)上模擬直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律，通過矢量坐標(biāo)變換將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩電流分量和勵(lì)磁電流分量，并使這兩個(gè)分量互相垂直，彼此獨(dú)立解耦來加以控制，獲得像直流電機(jī)一樣的良好的動態(tài)特性。

因此，矢量控制既需要控制定子電流的幅值大小，又需要控制定子電流空間向量的相位。根據(jù)用途的不同，永磁同步電機(jī)電流矢量控制方法也各不相同。通常采用的控制方法主要有：id=0控制和最大轉(zhuǎn)矩電流比控制MTPA。

二、永磁同步電機(jī)位置環(huán)設(shè)計(jì)

從圖（1-1）和（2-1）可知，永磁同步電機(jī)三閉環(huán)矢量控制只是在雙閉環(huán)的基礎(chǔ)上添加了一個(gè)位置環(huán)，所以下面將重點(diǎn)介紹位置環(huán)的原理和實(shí)現(xiàn)過程。

2.1 位置環(huán)的介紹

永磁同步電機(jī)三閉環(huán)矢量控制中的位置環(huán)一般采用比例部分+前饋控制器，如圖（2-2）所示。

設(shè)計(jì)位置環(huán)時(shí)，為簡化計(jì)算，可將速度環(huán)用一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)來替代。位置環(huán)不能出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，位置環(huán)調(diào)節(jié)器只能采用比例調(diào)節(jié)器，將位置環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)。

2.2 位置環(huán)的參數(shù)設(shè)計(jì)

由圖（2-2）可以得到采用前饋復(fù)合控制器的位置環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

由上式可知，由于該前饋控制器是對位置信號進(jìn)行前饋，所以G(s)可以看成是由加速度前饋和速度前饋兩部分組成，在實(shí)際伺服系統(tǒng)中，引入速度前饋已經(jīng)能使伺服系統(tǒng)獲得令人滿意的動態(tài)性能。所以，前饋控制器一般為速度前饋控制器。

基于工程法設(shè)計(jì)的位置環(huán)的參數(shù)，如下：

三、仿真驗(yàn)證