基于最优控制永磁同步电机伺服系统设计

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1、·66·工业仪表与自动化装置2013年第4期基于最优控制的永磁同步电机伺服系统设计杨秀芹，姚海燕，邹开凤(海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041)摘要：建立永磁同步电机位置伺服系统的数学模型，基于该模型，提出了一种基于滑模变结构控制原理的永磁同步电机伺服控制器，该控制器能有效改善永磁同步电机的相电流波形，减小转矩脉动，增强伺服系统对参数变化的鲁棒性及抗干扰能力，仿真结果证明了该方法的有效性，能够满足交流伺服系统的速度控制要求。关键词：永磁同步电机；最优控制；滑模控制中图分类号：TM301文献标志码：A文章编号：100

2、0—0682(2013)04—0066—02DesignofpermanentmagnetsynchronousmotorservosystembasedontheoptimalcontrolYANGXiuqin，YAOHaiyan，ZOUKaifeng(NavalAeronauticalEngineeringAcademyofQingdaoBranch，ShangdongQingdao266041，China)Abstract：Bymeansofthemathematicalmodelofpermanentmagnetsy

3、nchronousmotorpositionser—VOsystem，thispaperpresentsanewpermanentmagnetsynchronousmotorservocontrollerbasedonslid—ingmodevariablestructurecontrolprinciple．Thiscontrollercaneffectivelyimprovethephasecurrentwaveformofpermanentmagnetsynchronousmotoranddecreasethetorqu

4、eripple，enhancetheservosys—temforparameterchangerobustnessandanti—interferenceability．Thesimulationresultprovestheeffec—tivenessoftheproposedmethod，whichcanmeetthespeedofACservosystemcontrolrequirements．Keywords：permanentmagnetsynchronousmotor：optimalcontrol；slidin

5、gmodecontrol意义和实用价值。随着电力电子技术和微电子0引言技术的发展，自动控制理论的最新成果应用于交流永磁同步电机(PMSM)是一个多变量、非线性、伺服系统的研发已成为主流。强耦合系统，永磁同步电机的动力学特性表明在一1永磁同步电机的基本结构定的条件下PMSM会呈现混沌特性行为J。采用传统的直接转矩控制策略时，电机电磁转矩和磁链按照电枢绕组流过电流的形式，可以将永磁同脉动较大，并且逆变器开关频率不恒定，为解决该问步电动机分为无刷永磁直流电动机(电枢绕组的电题，该文将滑模变结构控制理论应用于交流永磁同流形状为方波)

6、和无刷永磁交流电动机(电枢绕组步电机伺服系统中，以提高系统的响应性能。通的电流形状为正弦波)两种形式。永磁同步电动机过对变结构系统进行加速度控制，可以大大削弱变伺服系统的基本框图如图1所示。结构控制产生的抖动，提高运行的平稳性和定位精度，减少能耗J。该文针对永磁同步电机提出一种基于自适应滑模变结构的控制方案，从非线性动态数学模型出发，应用精确线性化理论，实现了永磁同步电机系统的输入一输出线性化与解耦。用滑模变结构控制器来设计电流调节器，算法简单实用，在提高速度跟踪的快速性和精确性方面具有重要的理论图1永磁同步电动机伺服系统收

7、稿日期：2012一l2—28作者简介：杨秀芹(1970)，女，山东省潍坊市人，讲师，主要从事在交流调速系统中，调节器常采用传统的PI控航空地面电源检测与控制理论研究及应用。制算法，尽管具有结构简单、可靠性强、稳态精度高2013年第4期工业仪表与自动化装置·67·等优点，但存在对系统参数摄动的鲁棒性及抗负载全相同的，故将式(5)称为最优滑动模态。扰动能力不强等缺点。由此导致相应的交流调速系4仿真设计统难以同时满足定位无超调和高速性的要求。近年来，滑模变结构控制以优良的控制性能和易于实现仿真时，PMSM的参数设置为：电机功率P等

8、特点，在交流调速系统中的应用日益增多。：1．2kW，转动惯量J=8×10～kg·1TI，极对数P=4，转子磁场对定子的交链=0．175wb，2永磁同步电机的数学模型阻尼系数B=0．01，性能指标式(4)中的加权矩永磁交流同步电机的模型可以描述为：i=ms+Fd=ms+Fr+++△F(1)阵