[发明专利]一种永磁同步电机迭代反馈整定控制及其优化方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机迭代反馈整定控制及其优化方法，涉及伺服控制优化领域，该方法在永磁同步电机矢量控制系统“三闭环”的控制框架下，通过引入基于脉冲响应模型的闭环子空间辨识方法，设计位置环双循环迭代反馈整定PI控制器，并进一步进行双循环迭代反馈整定算法的收敛性及收敛速度分析，从而在有效的改善永磁同步电机伺服系统的定位性能及鲁棒性的基础上，满足了伺服系统快速性的需求。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机迭代反馈整定控制及其优化方法，属于伺服 控制优化领域。

背景技术

永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，在数控设备、 工业机器人及激光雕刻等领域，永磁同步电机(Permanent magneticsynchronous machine,PMSM)以其高效率、优秀的动态性能及轻量化等特点，广泛应用于以 高速、精确跟踪定位为主要目标的位置伺服系统中。针对永磁同步电机位置伺 服系统典型的“三闭环”结构，近年来国内外学者在优化传统PID控制器的方案 上做了大量的工作。其中包括遗传算法、模糊控制和神经网络等方法都能够有 效的改善永磁同步电机伺服系统的定位性能及鲁棒性，但这些方法或难以满足 系统的快速性要求，或需要足够的建模精度，都在一定程度上制约了该方法下 永磁同步电机在工业中的实际应用。

永磁同步电机本身所固有的非线性及不确定因素，使得难以对其进行精确 的数学建模，基于模型的方法通常对建模的精确度都具有较高的敏感性。在搜 索最小化性能准则函数对应的控制器参数时，传统IFT(Iterative Feedback Tuning，迭代反馈整定)算法通常通过类似于Gauss-Newton法之类的优化算法 进行参数寻优，该方法下每次迭代所需要的三次实验及其线性逼近的特点，从 根本上限制了算法的收敛速度，难以满足永磁同步电机位置环控制等精密行业 所需要的高速性特点。

发明内容

针对传统IFT算法难以满足永磁同步电机位置环PI控制器参数优化的快速 性要求，本申请提出了一种永磁同步电机迭代反馈整定控制及其优化方法，其 综合了一种新的IFT框架，将双循环IFT算法推广应用于位置环PI控制器参数 的整定和控制性能优化，目的是提高永磁同步电机的快速、精确跟踪能力。

本发明的技术方案如下：

一种永磁同步电机迭代反馈整定控制及其优化方法包括如下步骤：

第一步、构建永磁同步电机的运动学方程及矢量控制系统；

第二步、基于双循环迭代反馈整定算法设计永磁同步电机伺服系统位置环 PI控制器；

第三步、进行双循环迭代反馈整定算法的收敛性及收敛速度分析；

第四步、给出位置环的双循环迭代反馈整定控制方案的具体实施；

第一步、构建永磁同步电机的运动学方程及矢量控制系统：

忽略谐波、磁滞及涡流损耗的前提下，同步旋转坐标系d-q下的永磁同步 电机定子电压方程如式(1)所示：

式中u_d、u_q分别为定子电压矢量的d-q轴分量，i_d、i_q分别为定子电流矢量的d-q 轴分量，R为定子电阻，ψ_d、ψ_q分别为定子磁链矢量的d-q轴分量，ω_c是电角 速度；进一步得到定子磁链方程为：

其中L_d、L_q分别为d-q轴电感分量，ψ_f代表永磁体磁链；式(2)代入式(1)中得 到定子电压方程为：