[发明专利]PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计及参数确定方法

权利要求书

1.一种PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计方法，其特征在于，所述控制器采用PID闭环系统控制器，并用极点配置的方法设计控制器的参数，假设控制器中的电流环采用PI调节器，并校正成I型系统确定PI调节器的参数，所述电流环中设置有PWM逆变器，在d-q坐标系中，所述PID闭环系统的特征方程式为：其中J为转动惯量，K_PWM为PWM逆变器中的比例增益，R为电机定子电阻，T_a为永磁同步伺服电机电气时间常数，s为被控的时间变量，K_t为转矩常数，K_p、K_d、K_i为控制器的三个控制参数，其中τ_i为PI调节器的积分时间常数。

2.如权利要求1所述的PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计方法，其特征在于，在d-q坐标系中，假设所述永磁同步伺服电机的定子电流矢量与d轴垂直，也即d-q轴上的电流分量i_d＝0，所述永磁同步伺服电机的传递函数

其中i_q也是d-q轴上的电流分量，u_q为d-q轴的电压分量，E_f为反电动势，E_f＝ω_mK_e,K_e为反电动势常数，ω_m为机械角速度，L_q为d-q轴上的等效电感。

3.如权利要求2所述的PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计方法，其特征在于，所述电流环的传递函数

4.如权利要求3所述的PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计方法，其特征在于，为了提高电流环的响应速度，令PI调节器的时间常数τ_i等于永磁同步伺服电机电气时间常数T_a，电流环加上PI调节器后的闭环传递函数为其中T_PWM为PWM逆变器的时间常数。

5.如权利要求4所述的PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计方法，其特征在于，所述控制器的闭环系统的二阶系统的闭环传递函数其中ω_n为无阻尼振荡频率。

6.如权利要求5所述的PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计方法，其特征在于，按照二阶模型最佳整定方法，并且将PWM逆变器的时间常数T_PWM看成0，则PMSM位置伺服系统电流环的高阶系统传递函数

7.如权利要求6所述的PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计方法，其特征在于，所述控制器的闭环系统为单位反馈，则所述控制器的闭环系统的传递函数

8.一种如权利要求1所述的PMSM位置伺服系统高阶对象控制器参数确定方法，其特征在于，将所述特征方程的根分解为

其中ξ为阻尼比，ω_n为无阻尼振荡频率，k₁和k₂为实轴极点与原点的距离，通过确定ξ，ω_n，k₁和k₂的值，计算出相应的控制参数K_p、K_i、K_d的值。

9.一种如权利要求1所述的PMSM位置伺服系统高阶对象控制器参数确定方法，其特征在于，将所述特征方程的根分解为

其中ξ₁、ξ₂为阻尼比，ω₁、ω₂为无阻尼振荡频率，通过确定ξ₁、ξ₂、ω₁和ω₂的值，计算出相应的控制参数K_p、K_i、K_d的值。