基于矢量控制的永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)研究
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永磁同步電機受電機參數(shù)變化(如電阻、電感、慣量以及磁鏈的變化)、外部負(fù)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(xiàn)，經(jīng)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(xiàn)[10，11]中將擴(kuò)張狀態(tài)觀測器應(yīng)用于自抗擾控制器的設(shè)計，獲得了較好的控制效果，但是這個控制器有多個可調(diào)參數(shù)，這給工業(yè)應(yīng)用時參數(shù)調(diào)試工作帶來了困難。為了簡化控制器設(shè)計，減少可調(diào)參數(shù)，在此采用線性的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對電機模型的狀態(tài)和擾動進(jìn)行觀測，使得控制器設(shè)計更簡單，需調(diào)節(jié)的參數(shù)更少。根據(jù)永磁同步電機的一階微分方程模型，結(jié)合擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的設(shè)計方法，進(jìn)行了控制器的設(shè)計。
由式(4)可知，負(fù)載轉(zhuǎn)矩、摩擦系數(shù)、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(jìn)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(jié)構(gòu)圖如7所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/163474.htm
于是得到的基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的比例控制器的表達(dá)式如下：
（1）ESO：
（2）控制律：
根據(jù)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(guān)，p越大，ESO跟蹤輸出信號響應(yīng)就越快，即z1對速度ω的響應(yīng)就越快。比例增益通常應(yīng)取得較大，但Kp過大會使速度響應(yīng)震蕩，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
提出的基于擴(kuò)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(jìn)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(diào)節(jié)到最優(yōu)的控制效果，得出了轉(zhuǎn)速響應(yīng)的對比曲線如圖8，圖9所示。
采用基于擴(kuò)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(diào)之間的矛盾，同一個PI參數(shù)不能適應(yīng)不同的電機轉(zhuǎn)速范圍，Pl參數(shù)需要分別調(diào)節(jié)的缺點。仿真結(jié)果驗證了PESO具有更快的響應(yīng)速度，而且當(dāng)系統(tǒng)有擾動時能更好地抑制住系統(tǒng)的擾動，很快恢復(fù)到給定轉(zhuǎn)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(jié) 語
在矢量控制技術(shù)應(yīng)用于永磁同步電機的調(diào)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(diào)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(kuò)張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機改進(jìn)算法，該算法能夠使永磁同步電機的調(diào)速系統(tǒng)性能獲得較好的改進(jìn)，設(shè)計的控制器對電機的轉(zhuǎn)速具有較快的響應(yīng)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(shù)的發(fā)展，以及電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的進(jìn)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(diào)速系統(tǒng)的性能方面將有著很好的發(fā)展前景。
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