基于矢量控制的永磁同步電機調速系統(tǒng)研究
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永磁同步電機受電機參數變化(如電阻、電感、慣量以及磁鏈的變化)、外部負載擾動和非線性等因素的影響，基于精確電機模型的解耦很難實現，經典PI控制很難克服這些不良因素的影響，無法取得令人滿意的控制效果。文獻[10，11]中將擴張狀態(tài)觀測器應用于自抗擾控制器的設計，獲得了較好的控制效果，但是這個控制器有多個可調參數，這給工業(yè)應用時參數調試工作帶來了困難。為了簡化控制器設計，減少可調參數，在此采用線性的擴張狀態(tài)觀測器對電機模型的狀態(tài)和擾動進行觀測，使得控制器設計更簡單，需調節(jié)的參數更少。根據永磁同步電機的一階微分方程模型，結合擴張狀態(tài)觀測器的設計方法，進行了控制器的設計。
由式(4)可知，負載轉矩、摩擦系數、慣量的擾動以及由于b0估計誤差所造成的擾動都可以在a(t)中反映出來。如果能對a(t)進行觀測并予以補償，則可以顯著的提高系統(tǒng)的抗擾動能力?？刂破鹘Y構圖如7所示。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/163474.htm
于是得到的基于擴張狀態(tài)觀測器的比例控制器的表達式如下：
（1）ESO：
（2）控制律：
根據理論分析，ESO的觀測效果取決于極點-p(p>0)。-p(p>0)和ESO的跟蹤速度有關，p越大，ESO跟蹤輸出信號響應就越快，即z1對速度ω的響應就越快。比例增益通常應取得較大，但Kp過大會使速度響應震蕩，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
提出的基于擴張狀態(tài)觀測器的控制算法，對于系統(tǒng)的擾動有很好的觀測和抑制作用，理論上優(yōu)于PI的控制方法。這里在Matlab下進行了仿真驗證，在給定速度為1 000 r／min的情況下，將PI，PESO分別調節(jié)到最優(yōu)的控制效果，得出了轉速響應的對比曲線如圖8，圖9所示。
采用基于擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機控制算法，通過和PI算法的比較，克服了PI算法無法解決快速性和超調之間的矛盾，同一個PI參數不能適應不同的電機轉速范圍，Pl參數需要分別調節(jié)的缺點。仿真結果驗證了PESO具有更快的響應速度，而且當系統(tǒng)有擾動時能更好地抑制住系統(tǒng)的擾動，很快恢復到給定轉速，具有較強的抗擾動的能力，控制性能明顯優(yōu)于PI控制。
5 結 語
在矢量控制技術應用于永磁同步電機的調速系統(tǒng)中，首先提出一種基于PI控制的永磁同步電機算法，該算法雖然能夠滿足永磁同步電機調速系統(tǒng)的基本要求，但存在一些不足；接著提出一種基于擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機改進算法，該算法能夠使永磁同步電機的調速系統(tǒng)性能獲得較好的改進，設計的控制器對電機的轉速具有較快的響應速度、較強的抗擾動能力，取得了令人滿意的控制效果。隨著電機制造與控制技術的發(fā)展，以及電力電子技術和微電子技術的進一步發(fā)展，新的非線性控制策略在改善永磁同步電動機交流調速系統(tǒng)的性能方面將有著很好的發(fā)展前景。
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