基于自抗擾控制器的PMSM矢量控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

式(9)~式(12)中V1是電流給定的跟蹤值，Z1是電流觀測的跟蹤值。使用ESO實時觀測出系統(tǒng)“內(nèi)外擾動”并加以精確補償，即可消除耦合非線性因素的影響，從而實現(xiàn)電流環(huán)的準確解耦控制。由于電流環(huán)已經(jīng)抑制了各種擾動，因此為了簡化控制器結構，設計速度環(huán)以及位置環(huán)控制器時可將非線性跟蹤微分器省略。PMSM矢量控制系統(tǒng)結構見圖2。

3 控制系統(tǒng)實現(xiàn)
　本文自行研制了基于DSP的多軸運動控制卡，運動控制卡充分利用計算機資源，具有高度的集成性、可靠性以及實時性。
圖3是控制系統(tǒng)整體結構圖，系統(tǒng)分為上位機和下位機兩大部分。上位機ARM主要進行加工指令輸入以及譯碼等操作；下位機DSP通過D/A模塊控制多個電機，并通過FPGA模塊解碼編碼器反饋信號，在此基礎上實現(xiàn)電機的閉環(huán)控制。基于DSP的多軸運動控制卡的主要功能模塊包括：

(1) 采用美國TI公司TMS320C2000系列高端運動控制芯片作為系統(tǒng)核心DSP芯片以實現(xiàn)系統(tǒng)的實時處理以及復雜運算；
(2) 采用雙口RAM實現(xiàn)運動控制卡與上位機之間的高速通信；
(3) 采用CPLD以及FPGA實現(xiàn)I/O、片選、編碼器反饋解碼等控制功能的擴充；
(4) 采用D/A模塊實現(xiàn)對電機的伺服控制。
　為了驗證基于ADRC的運動控制系統(tǒng)對于永磁同步電機的矢量控制效果，本文進行了以下工作：
　(1) 通過仿真軟件包Matlab R2008a Simulink平臺進行仿真以驗證控制策略的可行性。圖4是分別采用經(jīng)典PID以及ADRC進行對比控制時的轉(zhuǎn)子位置響應曲線，由圖中可以看出采用ADRC時超調(diào)較小，響應速度較快，系統(tǒng)性能良好。
(2)進行基于DSP的多軸運動控制卡與電機的聯(lián)調(diào)以測試運動控制系統(tǒng)性能。圖5、圖6分別是系統(tǒng)輸出電壓電流波形以及電流頻譜，由圖中可以看出系統(tǒng)輸出光滑而且穩(wěn)定，能夠在相當大程度上抑制諧波。
(3) 應用運動控制系統(tǒng)進行模型加工。基于ADRC的控制系統(tǒng)能夠快速、準確地加工出符合設計的要求的模型。

本文提出并實現(xiàn)了一種基于自抗擾控制器（ADRC）的PMSM矢量控制系統(tǒng)。首先設計了基于ADRC的控制器，將系統(tǒng)內(nèi)部非線性項作為“系統(tǒng)內(nèi)擾”，實時觀測出系統(tǒng)內(nèi)外擾動的綜合并進行補償;其次自行研制了基于DSP的多軸運動控制卡，并在此基礎上實現(xiàn)了基于ADRC的矢量控制系統(tǒng)。仿真及實驗結果表明系統(tǒng)性能良好，能夠快速加工出符合要求的模型。
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