[發明專利]PMSM位置伺服系統高階對象控制器設計及參數確定方法

在審

• 申請號: 201810542405.6
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108599649A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 朱其新;費清琪;謝鷗
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 朱琳

本發明提供PMSM位置伺服系統高階對象控制器設計及參數確定方法，位置控制器用PID調節器，基于極點配置設計PID調節器參數；電流環用PI調節器，校正成I型系統確定PI調節器的參數，電流環有PWM逆變器，閉環系統特征方程JT_qs⁴+Js³+K_tK_ds²+K_tK_ps+K_tK_i＝0J為轉動慣量，K_PWM為PWM逆變器比例增益，R為電機定子電阻，T_a為電機電氣時間常數，s為被控時間變量，K_t為轉矩常數，K_p、K_d、K_i為控制器控制參數，τ_i為PID調節器的積分時間常數，針對極點參數變化時高階對象控制系統不同的階躍響應來對比分析，給出相關參數的選取范圍，有工程意義。

技術領域

本發明屬于伺服系統控制領域，特別涉及一種基于極點配置的PMSM位置伺服系統高階對象控制器設計及參數確定方法。

背景技術

一般情況下，在PMSM(permanent magnet synchronous motor，永磁同步電機)位置伺服系統控制領域中，控制器的相關設計和參數確定可以通過永磁同步電機機械運動方程建立傳統二階模型，然后進行推導和相應的仿真實驗，但傳統的二階模型無法很好地反映實際系統的相關物理特征，無法體現電流環參數變化對系統的影響。

因此通過數學分析的方法來建立精度更高的伺服系統的高階模型是優化伺服系統控制的一個重點。

論文“PMSM伺服系統速度環高階模型實驗建模及分析”(發表于《微特電機》，44(4)：52-55,2016，發表人為潘海鴻，王玲，陳琳，林曉詞，何蘊達)基于DSA(DigitalSignature Algorithm)算法的PMSM伺服系統速度環建模實驗平臺來建立了PMSM速度環三階、四階和六階的高階數學模型；論文“基于前饋解耦的永磁同步電機控制系統研究”(發表于《四川電力技術》，40(4)：74-78,2017，發表人為荊世博，王維慶，王海云，吳先友，蔣中川)根據被控量與PMSM數學模型間的聯系，基于拉氏變換構造了一種全系統的簡化模型來對雙閉環控制器的PI參數進行整定；而論文“高階非線性系統的位置控制器PID參數優化”(發表于《電機控制與應用》，44(9):84-87,2017，發表人為曹薇，謝天馳)則針對高階非線性伺服系統位置控制器的PID參數優化問題進行了相關研究。

而在對高階對象的控制器參數進行極點配置設計時，極點參數的變化對控制器性能的影響，也是本領域技術人員需要深入研究的問題之一。

發明內容

本發明提供一種基于極點配置的PMSM位置伺服系統高階對象控制器設計及參數確定方法，用于解決上述問題。

為達到上述目的，本發明提供一種PMSM位置伺服系統高階對象控制器設計方法，其中，所述控制器采用PID閉環系統控制器，并用極點配置的方法設計控制器的參數，假設控制器中的電流環采用PI調節器，并校正成I型系統確定PI調節器的參數，所述電流環中設置有PWM逆變器，在d-q坐標系中,所述PID閉環系統的特征方程式為：JT_qs⁴+Js³+K_tK_ds²+K_tK_ps+K_tK_i＝0，其中J為轉動慣量，K_PWM為PWM逆變器中的比例增益，R為電機定子電阻，T_a為永磁同步伺服電機電氣時間常數，s為被控的時間變量，K_t為轉矩常數，K_p、K_d、K_i為控制器的三個控制參數，其中τ_i為PI調節器的積分時間常數。