[发明专利]一种永磁同步电机速度环的控制系统

说明书

本发明公开一种永磁同步电机速度环的控制系统，速度控制器连接有电流环；永磁同步电机的给定速度与反馈速度的误差值经比例积分调节器处理后的输出构成加法器的第一输入，永磁同步电机的给定速度经复合前馈单元处理后的输出构成加法器的第二输入；第一输入和第二输入构成加法器的输出，将加法器的输出作为速度控制器的输出并输入到电流环以对永磁同步电机进行速度控制；复合前馈单元配置有用于确定永磁同步电机速度环控制结构的线性传递函数f(s)＝k₁s+k₀，其中，k₁和k₀代表控制参数。本发明实现电机多种控制结构的统一，可以根据最终应用场合任意切换成对应适合的控制结构，提高所开发控制器的应用普适性。

技术领域

本发明实施例涉及电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机速度环的控制系统。

背景技术

目前，在永磁同步电机的控制中，针对速度环的控制，一般主流采用PI(比例积分)控制，但也有很多场合，对超调量、稳定性、动态跟随性等性能有不同侧重的要求，除了PI之外，出现了IP控制、PDFF(伪微分反馈控制)、模型追踪控制等多种控制结构。

如图1所示，常规PI控制的结构中，给定速度与反馈速度的差值经过PI调节器输出后构成速度控制器的输出控制量，是一种经典的控制结构，也是应用最普遍的控制结构。

如图2所示，IP控制结构中，前向通道只有积分环节，而将反馈信号通过比例放大取负后叠加到前向通道，这种控制结构的动态响应性不如PI控制，但是其具有良好的稳定性，可以改善PI控制响应超调的问题，可用在对动态性要求不高但对超调量有较高要求的场合。

如图3所示，伪微分反馈控制中，前向通道同样只有积分环节，而反馈信号通过单位负反馈叠加到前向通道，同时将给定信号通过K_f比例放大叠加到前向通道，这种控制结构，其动态性和稳定性介于PI控制和IP控制之间，可根据需要调整参数K_f调节动态性和稳定性。

如图4所示，模型追踪控制是在PI控制结构的基础上增加前馈环节，若要实现前馈环节全补偿被控系统，会得到高阶微分项构成的前馈环节，由于高阶微分不易实现且会引入过大噪声，所以通常忽略电流环和速度反馈滤波环节而得到由一阶微分构成的前馈补偿环节(即微分前馈控制)，其动态性能优良，优于PI控制，一般用于对动态跟随性能要求较高的场合。

以上的各种控制结构各有优点，各自适合于不同的运用场合，选择取决于其所应用的外在系统。但是在电机驱动器的开发过程中，很多时候并不明确该控制器会被运用于什么样的外在系统中，这样就难以确定采用哪种控制结构。所以，若存在一种统一的控制结构，能够通过简单配置参数的方式实现不同的控制结构，不同场景的性能需求时配置成不同的控制结构，将会给系统实现带来方便，也使得控制器能够适应更广泛的应用场景。

然而，现有技术中，都重在分析某一种控制器的应用效果，缺少对多种控制结构的统一及融合实现方案。

公开号为CN102545760B的中国专利就类似问题进行了描述，其通过多个选择通道的方式实现了PDFF、PDF(该方案中PDF控制即为本申请提及的IP控制，而P控制即为单纯的比例控制)、PI和P之间的切换，然而其实现方式过于复杂，搭建的控制构架也过于繁琐，不便于程序实现，而且其不能实现模型追踪控制这种具有良好适用性的控制方式，而保留的P控制在电机控制中却少有使用。

公开号为CN104880944A的中国专利提出了一种变结构控制方式，可以实现在PI与IP控制之间的切换，但其主要针对的是解决减小超调量的问题，并不旨在多种性能特征的融合切换，不具有广泛问题针对性和灵活性。综上，亟需一种新的永磁同步电机速度环的控制方案。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种永磁同步电机速度环的控制系统，实现电机多种控制结构的统一，可以根据最终应用场合任意切换成对应适合的控制结构，提高所开发控制器的应用普适性。