[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

说明书

本发明提供PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计及参数确定方法，位置控制器用PID调节器，基于极点配置设计PID调节器参数；电流环用PI调节器，校正成I型系统确定PI调节器的参数，电流环有PWM逆变器，闭环系统特征方程JT_qs⁴+Js³+K_tK_ds²+K_tK_ps+K_tK_i＝0J为转动惯量，K_PWM为PWM逆变器比例增益，R为电机定子电阻，T_a为电机电气时间常数，s为被控时间变量，K_t为转矩常数，K_p、K_d、K_i为控制器控制参数，τ_i为PID调节器的积分时间常数，针对极点参数变化时高阶对象控制系统不同的阶跃响应来对比分析，给出相关参数的选取范围，有工程意义。

技术领域

本发明属于伺服系统控制领域，特别涉及一种基于极点配置的PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计及参数确定方法。

背景技术

一般情况下，在PMSM(permanent magnet synchronous motor，永磁同步电机)位置伺服系统控制领域中，控制器的相关设计和参数确定可以通过永磁同步电机机械运动方程建立传统二阶模型，然后进行推导和相应的仿真实验，但传统的二阶模型无法很好地反映实际系统的相关物理特征，无法体现电流环参数变化对系统的影响。

因此通过数学分析的方法来建立精度更高的伺服系统的高阶模型是优化伺服系统控制的一个重点。

论文“PMSM伺服系统速度环高阶模型实验建模及分析”(发表于《微特电机》，44(4)：52-55,2016，发表人为潘海鸿，王玲，陈琳，林晓词，何蕴达)基于DSA(DigitalSignature Algorithm)算法的PMSM伺服系统速度环建模实验平台来建立了PMSM速度环三阶、四阶和六阶的高阶数学模型；论文“基于前馈解耦的永磁同步电机控制系统研究”(发表于《四川电力技术》，40(4)：74-78,2017，发表人为荆世博，王维庆，王海云，吴先友，蒋中川)根据被控量与PMSM数学模型间的联系，基于拉氏变换构造了一种全系统的简化模型来对双闭环控制器的PI参数进行整定；而论文“高阶非线性系统的位置控制器PID参数优化”(发表于《电机控制与应用》，44(9):84-87,2017，发表人为曹薇，谢天驰)则针对高阶非线性伺服系统位置控制器的PID参数优化问题进行了相关研究。

而在对高阶对象的控制器参数进行极点配置设计时，极点参数的变化对控制器性能的影响，也是本领域技术人员需要深入研究的问题之一。

发明内容

本发明提供一种基于极点配置的PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计及参数确定方法，用于解决上述问题。

为达到上述目的，本发明提供一种PMSM位置伺服系统高阶对象控制器设计方法，其中，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：JT_qs⁴+Js³+K_tK_ds²+K_tK_ps+K_tK_i＝0，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。