[发明专利]PMSM伺服系统电流环系统

说明书

本发明涉及一种永磁同步电机，特别是涉及PMSM伺服系统电流环系统。现有的伺服系统控制参数整定方法或是电机电气参数的辨识存在误差或是计算量大、无法保证控制参数优化过程中快速收敛到稳定值；本发明提供了一种PMSM伺服系统电流环系统，所述系统包括：电源、电流控制器、逆变器、PMSM、以及电流检测单元；所述电源的输入电流依序经过所述逆变器、所述PMSM输出电流；所述电流检测单元对所述输出电流进行采样并反馈给所述电源；所述电流控制器按实际开环传递函数对电流进行控制，其中参数T_ε＝T_cf+T_pwm，T_cf为滤波器时间常数，T_pwm为所述逆变器PWM调制载波的周期1/2；该控制方法结合了两种现有技术的优点，减小了电气参数的误差和计算量。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机，特别是涉及PMSM伺服系统电流环系统。

背景技术

随着电力电子技术、微电子技术以及永磁体材料技术的飞速发展及控制理论研究的不断 深入，交流永磁同步电机伺服系统得到了迅速的发展。PMSM(Permanent MagnetSynchronous Motor，永磁同步电机)凭借着体积小、重量轻、转动惯量小、以及调速性能优越等优点，在 高科技领域得到了广泛的应用，高质量的制造需求对伺服系统的控制性能也提出了更高的要 求。

伺服系统的关键是伺服驱动器，伺服驱动器的控制算法直接决定了伺服系统的控制性能，自 适应控制、预测控制以及滑膜变结构控制等算法，在复杂的工业应用中没有传统的PID (Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)控制算法可靠和稳定，基于PID控制 算法的伺服驱动器控制性能与PID参数息息相关。因此，设置合理的PID参数是保证伺服系 统控制性能的关键。

在当前的实际应用中，由于伺服驱动器中非线性因素导致无法准确计算电流控制器的参 数，控制参数的整定一般通过手动试凑来实现，通过对比每组试凑参数对应的响应曲线，对 控制参数进行调整，显然这种方法低效耗时，控制性能也不一定理想，并且手动试凑方法的 调整效果与实际操作人员的经验相关，这给伺服驱动器的使用带来了不便。

交流伺服驱动器的控制结构一般包括从内到外的电流环、速度环以及位置环，电流环是 伺服系统中的最内环，也是最关键的一环，电流环的动态响应性能直接影响着整个伺服系统 的动态响应响应性，而电流环的PID控制器参数直接决定了电流环的响应性能，所以电流环 的控制参数自整定是整个伺服系统参数整定的基础，电流环参数自整定策略的研究意义重大。

目前国内外学者提出的伺服系统控制参数整定方法很多，一般可以将其分为基于模型的 自整定方法和基于规则的自整定方法。

伺服系统电流环的被控对象是永磁同步电机，使用基于模型的参数自整定方法对交流伺 服系统电流环参数进行整定，首先需要对电机的参数进行辨识，在此基础上根据设计需求对 电流环的模型进行校正。其实现过程如图1所示。

由于电机参数的辨识误差客观存在，理想的传递函数模型近似忽略了伺服驱动器中的非 线性因素，因此基于模型整定得到的控制参数在实际应用中与预期的控制性能存在差距。

基于模型的控制参数自整定方法对模型结构和模型的特征参数依赖性大，在电流环参数 整定过程中，电机电气参数的辨识存在误差，伺服系统中存在诸多非线性因素以及扰动，电 流环的整定模型一般也存在近似处理。模型结构和电机参数的误差会影响基于模型得到的控 制参数的可靠性。基于规则的参数整定方法以实际的响应效果为目标，规避了上述问题，能 得到更优的参数。

基于规则的自整定方法，一般要先定义一种用于综合评价伺服系统控制性能的目标函数， 然后通过一些寻优算法，使得伺服系统的控制性能指标值达到最优，进而得到最优的控制参 数，其实现过程如图2所示。