PMSM电流环速度环位置环设计与实现中的心得体会
基于PMSM的伺服系统电流环的仿真
电流环的数学模型 ， 进行 了仿真 ， 到了相应 的仿 真波形 ， 得 验 证了整个 系统设计的正确性 ， 为其动态性 能和稳态性 能 以便
的分析提供依据 。
重合 ， 轴 超 前 Ａ 轴 ９。 ０；
对于两 相旋 转坐 标 系 ｄ一 图１ Ｍ Ｍ坐标系相对坐标关系 Ｐ ｓ ｑ ｄ轴跟单磁极 的 Ｎ极方 向相 同， ， 即和磁力线 的方向相 同， ｑ 轴超前 ｄ轴 ９ 。 ｏ 。从三相定子坐标系 Ａ— Ｂ—Ｃ变换 到两相静 止坐标系 一 称为 Ｃａｋ 卢， ｌ ｅ变换 。两 相静止 坐标 系（ 卢） ｒ 仅一 向两相旋 转坐标 系（ ｄ—ｑ 的转换称为 Ｐ ｒ ） ａｋ变换 。最终 得到 三相 永磁 同步 电机在转子 ｄＯ坐标系统下转矩方程和 电压方 ｑ 程基本方程为 ：
关键 ￣ ｉ Ｍ Ｍ： 电流环 Ｓ Ｐ Ｍａａ／ｉ ｉＩ 伺 服 系统 Ⅱ ｂＳ ｈ（ ０ － ＿ ０
－ －
＿
－
中图分类号：Ｐ ￣． Ｔ ２４６
文献标识码 ： Ａ 文 章编号： ０ ６８ （００ ｏ — Ｏ ｔ ２－ ８６ ２１ｌ４ ０ ｊ０ ｏ 】 ２
Ｔｈ ｉ ｌ ｔ ｎ ｏ ｒ ｅ ｔＬｏ ｐ Ｂａ ｅ ｎ Ｐ Ｓ ｅ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｆ Ｃｕ ｒ ｎ ｏ ｓ ｄ ｏ Ｍ Ｍ ｏ
＋
） ０ 一
（） １
（） ２
定子绕组 三相对称 ， 各相绕组 的轴 线在空间上互 差 １０ 电角 ２。 度 ；）忽略铁心饱 和 、 ２ 不计 涡流和磁滞 损耗 ； ）永磁材料 的 ３
“ ＝ Ｒｉ ｃ ｌ
ｆ、
Ｌ ）＋∞（Ｊ ＋Ｌ ￣ ） ， ｉ ｓ
电导率为零 ； 相 绕组 中感应 电动势 波形是 正弦波 圳 。这 ４ ）
伺服电机电流环mpc控制原理
伺服电机的电流环的MPC（模型预测控制）控制原理，是基于对PMSM（永磁同步电机）的矢量控制。
其核心思想是通过对电机的电流进行快速而精确的控制，以实现对电机转速和位置的稳定控制。
在电流环的控制器中，会将速度环PID调节后的输出作为输入，这个输入被称为“电流环给定”。
然后，这个给定值会与“电流环的反馈”值进行比较后的差值，在电流环内做PID 调节输出给电机。
这里的“电流环的反馈”并不是来自编码器的反馈，而是在驱动器内部安装在每相的霍尔元件（磁场感应变为电流电压信号）反馈给电流环的。
此外，在实际应用系统中，由于被控对象的参数不精确、外界干扰等情况的存在，开环控制会造成MPC控制器的预测输出与实际的系统输出之间存在误差值。
因此，为了提高控制精度和系统的稳定性，引入了反馈修正环节。
该环节会计算当前时刻的预测输出和系统实际输出值之间的误差，并以此来修正MPC控制器对下一时刻系统输出的预测值。
这样，求解出的最优控制量就加入了上一时刻反馈误差的考虑，从而形成了闭环控制系统，提高了控制品质和系统的抗扰性能。
智能工业缝纫机交流伺服控制系统设计与实现
( 4)调速 范围 宽和 速度精 度高。实现 无级 变 速, 调速范围 150 r/m in ~ 5 000 r /m in, 速度控制 精度 < ? 5 r/m in。调速范围应满足 D\ 10 000才能 满足低速加工和高速返回的要求。
112 硬件设计
鉴于工业缝纫机伺 服系统的性能 指标, 选 择 采用 DSP TMS320F2801和伺服系统专用 控制芯片 IRM CK201 作 为 系 统 的 控 制 单 元。 其 中 TMS320F2801是美国德州仪器 ( T I) 公司于 2005 年 新推出的低价位的 32位高性能 DSP, 时钟频率为 60 MH z, 具有增强型 的正交编码输入口。本 设计 中其用于完成伺服系统的位置闭环。 IRM CK201是 国际整流 ( IR ) 公司设计的基于 FPGA 技术的 完整 的交流电动机伺 服系统专用控制 芯片。该芯 片包 含了运动控制系 统的外围功能, 如 PWM 发生器、 编码计数电路、电流传感接口 以及通过硬件 实现
2 PM SM 速度 环、电流环 和位置 环 设计
211 电流环和速度环设计 对于电流环, 由电流传感器 IR2175采样电机
的 V 相和 W 相绕组电流, 经过 IRMCK201 内部计 算可以得到 U 相电流, 与 V 相和 W 相电流一起组 成三相电流, 通过 P ark 变换与矢量旋转被分解为 产生磁通的励磁电流分量和产生转矩 的转矩电流
基于模糊控制策略的PMSM随动系统设计及仿真
ｓｒ ｔ ｇ ｎ ｄ ａ ｉ ｇ ｗｉｈ ｎ ｎ ｌ ｅ ｒａ ｄ ｅ ｔ ｒ ａ ｉｔ ｒ ａ ｃ ｓ ｓ ｐ ｒｏ ｏ ｔ ｅ ｔａ ｉｉ ｎ ｌＰ Ｄ ｏ ｔｏ ． ｔａ ｅ ｙ ｉ ｅ ｌ ｔ ｏ —ｉ ａ ｎ ｘ ｅ ｎ ｌｄ ｓ ｕ ｂ ｎ ｅ ｉ ｕ ｅ ｉ ｒｔ ｈ ｒ ｄ ｔ ａ Ｉ ｃ ｎ ｒ １ ｎ ｎ ｏ
Ｂ ｓ ｄｏ ｕ ｚ ｎ ｒ ｌ ｒ ａ ｅ ｎ Ｆ ｚ ｙＣｏ ｔ ｌ ｏｅ
ＧＡＯ ａ － ｕ ， Ｔｉ ｎ ｙ ＺＨＡＮＧ ｕ ， Ｊ ｎ‘ ＺＨＡＮＧ ｎ ， Ｌｏ ＨＥ ｎｇ ， Ｙｏ ＺＡＩＳ ａ － ｈ ｎ ｈｕ ｎｇ Ｓ ｅ ｇ
（ ． ｃｏｌ ｆ ｃ ａｉ ｌ ｎｉｅｒ ｇＮａｊ ｇ ｉｅｓｙ ｆ ｃ ｎｅ Ｔ ｃｎ ｌｇ ， ａｊ ｇ １０ ４ ｈｎ ； １Ｓｈ ｏ ｏ Ｍｅｈ ｎｃ ｇｎｅｉ ， ｎ ｎ ｖｒｉ ｉ ｃ ＆ ｅｈ ｏ ｙＮ ｎ ｎ ０ ９ ｉａ ａＥ ｎ ｉ Ｕｎ ｔｏ Ｓ ｅ ｏ ｉ ２ Ｃ
此许多人提 出了使用人工智 能、专家系统神经 网络 、模 糊控 制等策 略。在这 些策略 中 ， 模糊 控制可 以视 作具有
一
个非线性环 节 的变 系数控制 ， 因而其稳础 。 在 设 计 伺 服 系统 中 ，使 用 ＭＡＴＬ ／ ｉ ｌ ｋ对其方案进行验证和仿真 ， ＡＢ Ｓ ｍｕ ｉ ｎ 将大大
基于矢量控制的PMSM位置伺服系统电流滞环控制仿真分析
点) 位置对正弦波进行采样时 ,由阶梯波与三角波 的交点所确定的脉宽 ,在一个载波周期 (即采样周 期) 内的位置是对称的 ,这种方法称为对称规则采 样 。该方式可以使得输出的电压较非对称采样规 则高 ,同时使微处理器工作量减少 。
图 4 电流滞环跟踪控制电流波形示意图
3. 2 三角载波比较方式的电流滞环控制 采用三角载波比较方式基本原理是 :把指令
2 PMSM 位置伺服系统矢量控制 方案
建立 PMSM 及其驱动器的传递函数 。以凸
19
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电气传动 2006 年 第 36 卷 第 6 期
基于矢量控制的 PMSM 位置伺服系统电流滞环控制仿真分析
装式转子结构的 PMSM 为对象 ,在假设磁路不饱
和 ,不计磁滞和涡流损耗影响 ,空间磁场呈正弦分
布的条件下 ,当永磁同步电机转子为圆筒形 ( L d
= L q = L ) ,摩擦系数 B = 0 , 得 d , q 坐标系上永磁
电气传动 2006 年 第 36 卷 第 6 期
输出正电平 ,驱动上桥臂功率开关器件 S1 导通 , 此时逆变器输出正电压 , 使实际电流增大 。当实 际电流增大到与给定电流相等时 , 滞环控制器仍 保持正电平输出 , S1 保持导通 , 使实际电流继续 增大直到达到 ia = iaref + h , 使滞环翻转 , 滞环控制 器输出负电平 ,关断 S1 ,并经延时后驱动 S4 。
Abstract :Hysteresis2band current2co nt rol scheme of PMSM po sition servo system based o n vector co nt rol is analyzed deeply. For t he sake of high2performance current2loop in po sitio n servo system , we st udied general hysteresis2band current2cont rol and t riangular carrier wave hysteresis2band current2cont rol. Simulatio n models of t he two mode are build in Matlab , by t he simulatio n analysis , we can know t hat general hysteresis2band cur2 rent2cont rol will seriously influence o n performance of system , and triangular carrier wave hysteresis2band cur2 rent2cont rol can be used for good cont rol perfo rmance. When t riangular carrier wave hysteresis2band current2 co nt rol is used , analytical result s are good agreement wit h t he simulation result s , and t he result s can p rovide t heoretical basis fo r t he design of servo system.
引入主动阻尼的PMSM电流环控制策略研究
第53卷第3期2019年3月电力电子技术Power ElectronicsVol.53,No.3March2019引入主动阻尼的PMSM电流环控制策略研究寇天明，李好文，郑岗，杨佳瑞(西安理工大学，自动化与信息工程学院，陕西西安710048)摘要：为了提高永磁同步电机(PMSM)电流环的抗扰动性能，在电流环控制器中引入主动阻尼控制，针对主动阻尼对控制系统固有延时敏感的问题，提出了一种引入主动阻尼控制加Smith预估器的控制方法。
该方法釆用Smith预估器对控制系统固有延时进行补偿，可降低系统延时对主动阻尼控制性能的影响，提高了电流环的动态性能，并分析了Smith预估器对模型参数失配的鲁棒性。
实验结果验证了所提方法的有效性和正确性。
关键词：永磁同步电机；主动阻尼；系统延时中图分类号:TM351文献标识码：A文章编号:1000-100X(2019)03-0014-03Research on PMSM Current Loop Control Strategy With Active Damping KOU Tian-ming,LI Hao-wen,ZHENG Gang,YANG Jia-rui(Xi'an University of Technology,Xi'an710048,China)Abstract:In order to improve the anti-disturbance performance of the permanent magnet synchronous motor(PMSM)current loop,active damping control is introduced in current loop controller.Aiming at the problem that the active damping is sensitive to the inherent delay of the control system,a control method with active damping control and Smith predictor is proposed.The method uses Smith predict controller to compensate the inherent delay of the control system,which reduces the impact of system delay on active damping control performance and improves the dynamic performance of the current loop.In addition,the robustness of the Smith predictor controller to model parameter mismatch is analyzed.The validity and correctness of the proposed method are verified by experimental results.Keywords:permanent magnet synchronous motor；active damping；system delayFoundation Project:Supported by Discipline Special Foundation of Shaanxi Province(No.5X1301)1引言PMSM具有功率密度高，效率高，可靠性高等优点而获得广泛应用，如何提高PMSM控制系统抗扰动性能的研究受到国内外学者的关注，文献［1-3］提出了一些方法,但均有不足。
基于内模控制的PMSM双闭环调速系统控制器设计与仿真
基于内模控制的PMSM双闭环调速系统控制器设计与仿真张旭秀;孙婧;李卫东;王琳【摘要】为提高永磁同步电机双闭环调速系统响应速度与抗干扰性,给出一种依据内模控制及有功阻尼概念的PMSM双闭环调速系统控制器设计方法.通过建模分析对PI+前馈解耦电流环控制器进行优化,依据内模原理设计出带有箝位积分法抗击分饱和的电流内环解耦控制器.在此基础上,构造有功阻尼代替自然阻尼,利用转速环频带带宽对PI调节器参数进行整定.通过计算机仿真验证,对比传统FOC控制下的调速系统,使用本文所设计的控制器可提升系统响应速度,降低系统超调量,仿真结果表明该方法的有效性.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2019(040)003【总页数】6页(P108-113)【关键词】永磁同步电机;内模控制;有功阻尼;参数整定;抗积分饱和【作者】张旭秀;孙婧;李卫东;王琳【作者单位】大连交通大学电气信息工程学院 ,辽宁大连 116028;大连交通大学电气信息工程学院 ,辽宁大连 116028;大连交通大学电气信息工程学院 ,辽宁大连 116028;大连交通大学电气信息工程学院 ,辽宁大连 116028【正文语种】中文永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)具有内在非线性及耦合性，通常采用矢量控制以实现电流与转矩的分别控制.但矢量变换后的PMSM模型仍存在两轴电流相互耦合的非线性及时变性因素，同时其伺服对象也存在较强的不确定性和非线性，加之系统运行时还受到不同程度的干扰，因此，按常规控制策略是很难满足高性能永磁同步电机伺服系统的控制要求的[1].为此，探寻先进“复合型控制策略”以改进作为PMSM伺服系统核心组成部件的“控制器”性能，来弥补系统中存在的不足.文献[2]提出了基于模型的离线式整定与模糊PI在线整定相结合的混合参数整定法，可在线调整性能参数，但在系统运行的不同阶段均需手动修改性能参数；文献[3]针对速度环提出一种复合PI参数整定方法，先利用频域法设计一组PI参数，然后以该PI参数为初始值、ITAE为阶跃响应的评价函数，通过2DOF整定法在初始值附近搜索，使系统工作于最佳控制性能的PI参数值.该方法使伺服系统跟踪性能较好，抗负载扰动性较强，但优化时间长，整定效率低.文献[4]提出改进多亲遗传算法对PI参数进行整定，有效地降低了阶跃响应超调，使稳态性能好，但系统响应速度有待提高.内模控制(Internal model control,IMC)是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略[5]，由于其不需要被控对象的精确数学模型，鲁棒性强，在线调节参数少，结构简单等优点，在电机控制领域中逐渐得到广泛应用[6-7].文献[8-10]分别研究了在不同场合中应用内模原理对PID控制器参数进行整定的方法，这些IMC均作为主控器有效的实现了高性能控制系统的参数整定调节，可见，利用内模原理进行控制器的参数整定是实现高性能PMSM控制系统的一种有效手段.本文在已有文献基础上，设计了一种将内模控制与PI前馈解耦方法相结合的永磁同步电机电流内环控制器，并针对负载扰动引入“有功阻尼”的概念，对转速环PI控制器参数进行整定，最后在此基础上加入积分箝位法进行抗积分饱和控制，降低系统超调量.仿真证明该方法具有快速性高，鲁棒性强，稳定性好的优势.1 PMSM数学模型建立1.1 PMSM数学模型控制对象的数学模型应能够反应被控系统的动静态特性，为准确建立PMSM数学模型，首先做如下假设：①忽略电动机铁芯饱;②永磁材料磁导率为零;③不计涡流和磁滞损耗;④三相绕组是对称均匀的;⑤绕组中感应电感波形是正弦波.电动机的电流方程、电磁转矩方程及运动方程：(1)其中，ud、uq为d、q轴定子电压；id、iq为d、q轴定子电流；Ld、Lq为d、q轴定子电感；φf为转子上永磁体产生的磁动势；J为转动惯量(kg·m2)；TL为负载转矩，是输出转矩(N·m)；B为粘滞磨擦系数，也称阻尼系数；ωr为转子机械角速度；ωm=pnωr为转子电角速度；pn为极对数.1.2 矢量控制本文采用实际工程应用中常用的id=0的PMSM矢量控制方式，其结构包括转速环PI调节器、电流环PI调节器和SVPWM算法.矢量控制算法应用成熟，本文不再赘述.2 双闭环调速系统设计PMSM调速系统具有速度环和电流环双闭环结构，电流环作为内环是PMSM调速系统中的一个重要环节，它是提高系统响应速度、改善系统控制性能的关键.而速度环则需要增强系统的抗负载扰动能力，抑制速度的波动.本文讨论顺序为先电流环后转速环.2.1 电流环设计为便于控制器设计，重写坐标系下的电流方程为：(2)可以看出，(Lq/Ld)ωmiq和(1/Ld)ωmLdid分别作为id、iq在d、q轴上产生的交叉耦合电动势.解耦后的电压udun-coul、uqun-coupl应为下式所示：(3)对解耦后的d、q轴电压方程式组进行Laplace变换，得：(4)则PI控制器结合电压前馈解耦控制策略即可得到d-q轴的电压为：(5)其中：Kpd和Kid为d轴PI控制器的增益，Kpq和Kiq为q轴PI控制器的增益. 式(5)中的PI控制器参数是按照典型I型系统设计而来的，由于模型误差与参数校正过程中必然存在的失准问题，导致电流环在实际运行中是不完全解耦的.为解决此问题，本文采用内模控制原理对原有PI结构控制器进行改进.2.1.1 内模原理内模控制作为一种先进控制策略，在1982年由Garcia和Morari在受到模型控制算法和动态矩阵控制算法的启发下提出的较为成功的预测控制算法.因其设计原理简单，不需要被控对象的精确数学模型，参数直观明了，控制性能优越等特点，成为了工业控制领域中重要的鲁棒控制方法之一.因此，在这里我们采用图1所示的内模控制策略对电流环的PI控制器进行参数整定.图1 等效内模控制策略结构图图1是典型的内模等效反馈控制结构框图，其中Q(s)为内模控制器，P(s)为被控对象，M(s)是被控对象的数学模型.根据经典的自动控制理论，其中，I是单位矩阵.由图可以看出，若系统模型精确，即M(s)=P(s)，且没有外界扰动，则模型的输出与过程输出相等，此时的反馈信号为零.这样的内模系统具有开环结构，表明对开环稳定的系统而言，反馈的目的是克服过程的不确定性.此时的开环传递函数为：G(s)=Q(s)·M(s)(7)因此，若Q(s)和M(s)是稳定的，则系统稳定.电机的电磁时间常数比机械时间常数小得多，近似将电流环看作是一阶系统，故被控模型不包含时滞过程和右半平面零点，根据内模控制器的设计准则，定义M(s)=P(s)，引入可实现因子(8)使得Q(s)=M(s)-1·f(s)(9)其中，λ即为设计参数.结合式(8)、(9)，得到内模控制器为：(10)并有：(11)将原有PI控制器参数与内模控制器参数相比较，可变参数由2个缩减为1个，其关系式如下：若定义系统阶跃响应从10%～90%所需的时间为tres，则有近似式tres=ln9/λ；且参数λ近似的与系统闭环带宽的倒数成反比，这样便可获得参数λ得初始估计，并可根据需要在线调整.2.2 速度环设计事实上，在工业过程控制中，克服扰动是控制系统的主要任务，上一节中我们设计了针对电流环系统模型不确定且存在扰动的情况下的内模控制器，根据PMSM的运动方程：(13)可以看出，由于负载转矩的随变性，转速环中的负载扰动会比电流环中的更加强烈，文献[11-13]基于消除负载转矩的思想提出了几种抗负载扰动的控制方法.在这里我们引入一个更简单的抗负载扰动的电流控制策略.为本节设计控制器方便，重写电机运动方程：(14)首先，定义“有功阻尼”为：(15)自然阻尼的定义为负载转矩随转子机械角速度的变化量：(16)因为自然阻尼非常小，所以PMSM的运动方程极点十分接近原点，引入“有功阻尼”的概念后，可将闭环极点配置到期望的闭环带宽α上.当采用id=0的控制策略，并假定电机在空载(TL=0)的情况下启动，将有功阻尼带入到系统运动方程中，可得到系统线性化运动学方程：(17)对式(17)进行拉普拉斯变换得：(18)结合式(17)与式(18)，得出理想情况下的有功阻尼系数：(19)消去-α处极点，则系统即为由PI控制器构成的闭环系统，α为期望闭环带宽，转速环控制器的表达式为：(20)其中：可见，与传统的PI控制器参数整定相比，若不引入“有功阻尼”，则闭环带宽的选择就只能依靠公式αJ>>bn，此时，J就成为设计转速环控制器的唯一关键参数，而自然阻尼bn又会随着负载的变化而变化，因此Tis的选择就会变得十分困难. 2.3 抗积分饱和以上均是在线性理想情况下所设计的电流内模控制器及转速环PI参数，未考虑到控制量饱和所产生的非线性影响.由于内模控制的积分性质会导致控制器的输出饱和，系统退饱和时间加长，系统超调增大，而实际工业应用中是不容许过大的超调量出现的.因此，为解决由于积分饱和而导致的系统超调问题，本文选择积分箝位法进行抗积分饱和控制.积分箝位控制框图如图2.图2 积分箝位控制框图事实上，启动过程中的转速必然会存在超调现象，但这已经不是按照线性规律的超调，而是经历了饱和非线性区域后的超调，又可称为“退饱和超调”.退饱和超调量、上升时间和调节时间的计算公式分别如下：(21)式中，σrsat为退保和超调量，ΔSmax为转速跌落最大值，Sb为转速跌落量基准值，iqmax为电流限幅最大值，iL为负载电流，K=Kt/J为机械增益(其中Kt是转矩时间常数)，TΣs为转速环小惯性群近似后的时间常数，Ω为机械角速度，td是恢复时间.可见，给定转速越小、电流限幅值越大、负载越小，则退饱和超调量越大.3 仿真实验结果研究本文以永磁同步电机为研究对象，采用MatlabR2015a平台进行仿真实验，在Simulink下建立的PMSM双闭环调速系统仿真模型如图3所示.其中仿真电机参数设置为：极对数pn=4，定子电感Ld=5.25 mH，Lq=12 mH，定子电阻R=0.958 Ω，磁链φf=0.1827 Wb，转动惯量J=0.003 kg·m2，阻尼系数B=0.008 N·m·s.依据电流环带宽与电机时间常数之间的关系，即时间常数τ=min{Ld/R,Lq/R}，带宽λ=2π/τ，根据电机的参数可以计算得到λ=1 100rad/s，从而根据式(12)可以计算出电流环PI调节器的参数.另外，选取转速环的带宽为α=50 rad/s，将电机参数代入式(19)和式(20)可计算得到转速环PI调节器参数.需要说明，利用电机参数计算得出的PI调节器参数有时并不是最优的，在仿真过程中可以对参数进行调试，以获得最优控制效果.图3 系统整体仿真模型仿真条件设置为：参考转速Nref=1000r/min，初始时刻负载TL=0 N·m，在t=0.2 s时，负载转矩TL=10 N·m，仿真结果如图4、图5所示.(a) 传统FOC三相电流iabc变化曲线(b) 参数整定后三相电流iabc变化曲线(c) 结合抗积分饱和后三相电流iabc变化曲线图4 基于IMC原理参数整定PI调节器的三相PMSM矢量控制系统仿真结果图5 转速Nr变化曲线图4中(c)为使用本文方法所设计出的控制器后得出的系统三相电流变化曲线，(a)、(b)分别是参数整定后及传统矢量控制下的三相电流变化曲线.通过比对，可以明显看出改进后的方法使得电流整定速度更快.从图5可以看出，电机转速上升至参考转速1 000 r/min时，本文中所用方法显示的超调量明显降低，且仍具有快速的响应速度.具体动态参数如表1.表1 动态参数一览表控制方法动态参数上升时间/s调节时间/s超调量/%传统矢量控制0.0110.04222.3参数整定后的矢量控制0.0080.03920.1结合箝位积分法的控制0.0090.0121.7三种控制方法控制的系统稳态均无静差，且在t=0.2 s突加负载转矩的情况下，电机也能较快的恢复到给定参考转速值，说明所设计控制系统具有较好的动态性能和抗扰动能力.4 结论本文针对PMSM控制系统电流环中存在参数摄动、干扰等不确定因素，利用IMC 原理给出了结合电压前馈解耦的PI控制器；引入“有功功率”概念，对速度环参数进行重新整定；并加入积分箝位抗积分饱和法降低系统超调.仿真结果表明，本文中所提出的控制系统设计方法与传统的控制方法相比较，能更好的降低系统超调量，具有良好的鲁棒性及稳定性.但系统仍存在噪声干扰的问题，在接下来的研究中将进一步解决此问题，以期将该方法应用到高精密数控机床和高性能机器人等实际伺服系统中，提高系统的运行效率和控制精度，改善控制性能.参考文献【相关文献】[1]舒志兵.交流伺服运动控制系统[M].北京:清华大学出版社,2006.[2]李鹏,王胜勇,卢家斌,等.PI参数混合整定法在闭环矢量控制系统中的应用[J].智能系统学报,2013,8(5):446-452.[3]肖启明,杨明,刘可述,等.PMSM伺服系统速度环PI控制器参数自整定及优化[J].电机与控制学报,2014,18(2):102-107.[4]苏译,徐晓昂.基于改进遗传算法的PI整定在DTC中的应用[J].微特电机,2012,40(4):13-15.[5]赵志诚,文新宇.内模控制极其应用[M].北京:电子工业出版社,2012.[6]LI SHIHUA,GU HAO.Fuzzy adaptive internal model control schemes for PMSM speed regulation system[J].IEEE Transactions on Industrial Informatics,2012,(4):767-779.[7]GUOHAI LIU ,LINGLING CHEN ,WENXIANG ZHAO, et al.Internal model control of permanent magnet synchronous motor using support vector machine generalized inverse[J].IEEE Transactions on Industrial Informatics,2013,9(2):890-898.[8]黄宴委,熊少华.基于内模控制的永磁同步电机电流环观测器设计[J].中国电机工程学报，2016,36(11):3070-3075.[9]胡文斌,韩璞,刘淼.基于内模的过热汽温串级控制系统PID参数整定[J].计算机仿真，2016,33(6):86-90.[10]徐颖,谢林柏.多变量时滞系统的伴随解耦控制[J].控制工程，2017,24(5):927-932.[11]UMENO T，HORI Y.Robust speed control of dc servomotors using modern two degrees-of-freedom controller design[J].IEEE Trans. Ind.Electron., 1991，38：363-368. [12]IWASAKI M ，MATSUIN.Robust speed control of IM with torque feedforward[J].IEEE Trans. Ind. Electron., 1993，40： 553-560.[13]LIAW G M，LIN F J. A robust speed controller for induction motor drives[J].IEEE Trans. Ind. Electron., 1994，41：308-315.。
基于STM32的永磁同步电机的控制共3篇
基于STM32的永磁同步电机的控制共3篇基于STM32的永磁同步电机的控制1永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种极具应用前景的高性能电机，被广泛应用于交通工具、家电、机械设备等领域。
随着电动汽车、新能源等产业的发展，PMSM的控制技术也越来越受到关注。
本文将基于STM32单片机，介绍PMSM的控制过程和相关技术。
一、PMSM的基本原理PMSM的基本原理是将定子上的三相绕组和转子上的永磁体之间的电磁作用力转化为机械转矩。
其中，定子上的三相绕组通过交流电源得到三相交流电，产生旋转磁场。
转子上的永磁体则产生磁动势，与旋转磁场作用产生转矩。
为了使PMSM能够实现精确的控制，需要知道其电磁状态，即定子电流、转子位置等信息。
接下来，我们将介绍PMSM的控制过程和所需技术。
二、PMSM的控制过程1. 传感器获取PMSM的控制需要准确的电磁状态信息，因此需要安装传感器获取定子电流、转子位置等信息。
一般来说，采用霍尔传感器或编码器获取转子位置信息，采用霍尔电流传感器或电阻分压电路获取定子电流信息。
2. 位置估算针对没有安装位置传感器的情况，可以采用磁场观测器或滑模观测器等算法来实现位置估算。
3. 控制算法选择对于PMSM的控制算法，可以选择基于直流型或交流型控制的空间矢量调制（Space Vector Modulation，简称SVPWM）或PI控制等算法。
其中，基于直流型控制的SVPWM由于计算量小、实现简单，更适合嵌入式单片机平台。
4. 控制器的设计与实现选择STM32单片机作为PMSM控制器，需要进行硬件和软件的设计与实现。
在硬件设计方面，需要选择合适的器件如功率MOS管、光耦、保险丝等；在软件实现方面，需要编写电机控制程序，实现数据采集、控制算法等功能。
5. 闭环控制系统搭建为了保证PMSM控制精度，需要建立闭环控制系统。
一般由电流环、速度环、位置环组成。
PMSM电流环速度环位置环设计与实现中的心得体会（精选五篇）
PMSM电流环速度环位置环设计与实现中的心得体会（精选五篇）第一篇：PMSM电流环速度环位置环设计与实现中的心得体会一：电流环参数的调节1：PMSM传动控制系统中，电机运行速度范围很宽，电流频率范围从零到上百赫兹，要在这么宽的频率范围内准确地检测电机电流，常选用霍尔元件实现电机电流的检测。
霍尔检测方法优点：动态响应好，信号传输线性及频带范围宽等优点。
为保证电机对称运行，电流三相各反馈信道的反馈系数必须相等，这就要精心选择调理电路组件，仔细调整反馈回路参数。
信号调理电路使用模拟放大器时，放大器的零漂是影响电机低速运行性能的主要因素，要仔细调整放大器，将零点漂移控制在10mv以内。
2：PMSM调速系统需要电机有很宽的调速范围，达到10^4 ：1 以上，要在这么宽的速度范围内检测出电机的速度，以实现调速系统的控制确实是个很重要的问题。
尽管T法在低速时有很好的测速精度，但研究调速系统控制的论文极少见使用(T或M/T)法测速的，基本上都是采用M法测速。
实际上，当电机处于极低转速时，电机能否稳定运行不仅仅取决于位置传感器及其所送来的脉冲信号，还有速度调节器的作用，以及电流环与电机转子惯性环节的影响，所以，M法仍可用于低速范围内电机速度的检测与反馈。
3：电流调节器参数对电流环的动态响应具有决定性影响。
电流调节器比例系数越大，电流阶跃跟踪响应速度越快，响应的超调越大，振荡次数越多。
电流调节器的积分系数越大，电流阶跃跟踪响应的稳态误差越小，但太大会引起电流环振荡。
PMSM调速控制系统的电流环控制对象为PWM逆变器、电机电枢绕组、电流检测环节组成。
在实际系统运行过程中，电流环的相应受电机反电势的影响，电流环动态响应不好，为提高永磁同步电机调速系统电流环动态响应性能，抑制反电动势对电流环的影响，在实际系统电流调节器制作时，比例和积分系数均做了调整，增大比例系数，减小积分时间常数。
电流环响应若不加微分负反馈环节，电流环动态响应将会出现振荡与超调。
基于模型预测的PMSM速度环PI自整定控制
分量
到
[1]o模型预测
控制（MPC）
比较先进的基于模型的控制
方法， 分为 集模型预测控制（CCS-MPC） 和有限集模型预测控制（FCS-MPC）。FCS-MPC
算法省略了脉冲宽度调制环节，直接产生开关信
号，控制更加简 速，且比矢量控制可以得到更 好的动态响应性能[2]。
传统模型预测电流控制，通过 化电 ：
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控制与应用技术I EMCA
电札与披制应用2021,48(6)
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为降低转 动，针对电流环采用小信号分析法、
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域模型角度分 环截止 和相角裕
PI .
方
优 函数所对应的
' 性能表现 ，
[3]
作为 电
预测算法，进
电机 性。模型预测磁
控制， 通过对模型预测转 控制进 改进，
《永磁同步电机伺服控制系统的研究》范文
《永磁同步电机伺服控制系统的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对于精确、快速和可靠的驱动控制系统需求日益增加。
其中，永磁同步电机（PMSM）伺服控制系统因其高效率、高精度和高动态响应等优点，在机器人、数控机床、航空航天等领域得到了广泛应用。
本文旨在研究永磁同步电机伺服控制系统的相关技术及其应用。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种利用永磁体产生磁场并由电机电流进行励磁控制的电机。
其工作原理是：当电机通电时，定子中的电流产生磁场，与转子上的永磁体相互作用，产生力矩，驱动电机转动。
PMSM具有高效率、高功率密度和良好的控制性能等特点。
三、伺服控制系统设计伺服控制系统是PMSM的核心部分，主要包括电流环、速度环和位置环三部分。
在伺服控制系统中，需要采用先进的控制策略和算法，以实现对电机的高精度控制。
（一）电流环设计电流环是伺服控制系统的内环，负责控制电机的电流。
为了实现高精度的电流控制，需要采用数字PID控制器等先进控制策略。
此外，还需要考虑电机的参数变化和外部干扰等因素对电流环的影响。
（二）速度环设计速度环是伺服控制系统的中环，负责控制电机的速度。
为了实现快速、平稳的速度控制，需要采用矢量控制等先进的控制策略。
此外，还需要考虑电机的负载变化和机械系统的动态特性等因素对速度环的影响。
（三）位置环设计位置环是伺服控制系统的外环，负责控制电机的位置。
为了实现高精度的位置控制，需要采用先进的算法和传感器技术。
同时，还需要考虑机械系统的非线性因素和外部干扰等因素对位置环的影响。
四、先进控制策略研究为了进一步提高伺服控制系统的性能，需要研究先进的控制策略和算法。
其中包括：无差拍控制、滑模变结构控制、神经网络控制和模糊控制等。
这些先进的控制策略可以有效地提高系统的动态性能、鲁棒性和适应性。
五、应用研究永磁同步电机伺服控制系统在机器人、数控机床、航空航天等领域有着广泛的应用。
其中，在机器人领域，PMSM伺服控制系统可以实现高精度的位置控制和速度控制，提高机器人的工作效率和精度；在数控机床领域，PMSM伺服控制系统可以实现高精度的加工和定位，提高产品的加工精度和质量；在航空航天领域，PMSM伺服控制系统可以实现高精度的姿态控制和轨迹跟踪等任务。
PMSM矢量控制电流环的个人心得[1]
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用 使
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性发生变化，使电流解耦特性也发生变化，在电机高速时电流幅值和相位误差会增加。实际 简单、 通俗一点说就是如果假设控制器使用的是单纯的一个积分环节控制时， 基于这里控制 的是交流量，是带相位信息的电流，经过单纯积分后就会产生90度的相位滞后。 所以如果最后使用的是PI控制时， 用示波器看的话给定电压与反馈电流相位也能看出会 有接近90度偏差， （不是精确90度是因为不是单纯的积分环节，多了个比例环节） 。所以实际 做出这个PI控制后会发现空载电流会很大。 原因是给定电压与反馈电流相位的不对称就会导 致电机运行无功部分增大，而有功部分--输出机械能不变，进而会使定子电流增大。但是只 用P控制又发现系统性能不好，而且高速时还是会有相移。至于为什么转速较高时，其电流 环输出电流ABC与给定电流还是会出现幅值和相位上的偏差， 查阅了很多资料， 分析其原因。 有两个方面：一是电机反电势的对电流控制环的干扰，会随转速升高而增大。虽然可用提高 比例放大倍数来减少这一影响， 但有时又有受到直流端电压不能够任意提高的限制， 这个问 题一般通过前馈补偿方法。 二是通常采用的PI调节的工作频带不够宽。 工作频带这个问题跟 交流伺服的群主虫子交流后给支了一招：使用PID调节可以加宽带宽。但是最后试过效果好 像不太明显，可能是我没试明白。 至于前馈补偿大部分的资料都是通过电机参数和电机转速的运算出电压偏差然后进行， 这个可行度仔细想想其实很低。 所以后来想出别的办法：给定电压与反馈电流相位差可以 但是又因为经过PI调节中有个P其实已 通过在开始时计算 λ = θ + 90° 时强行进行角度补偿。 经不是单纯一个积分环节了， 所以这个相位差就不可能是准确的90度了。 而且实际就算是正 常的交流或直流跟踪控制系统也会有些许的相位偏差， 所以这个相位就不能单纯的直接补偿 90度了。 还是不太可行， 不过后来鄙人又试通过实际检测出给定电压与反馈电流相位差后再 进行补偿（这个应该也算是一个的闭环控制，或者也可以叫前馈补偿）但是这个方法需要有 个精确的检测相位差的方法和装置。在这里介绍一种方法：实际检测反馈电流过零点（软硬 件） 时对应在芯片内部运算出的编码角度值， 这样就能得出给定电压与反馈电流相位差并据 此进行补偿。 另外在实际做这个时一定要注意5-9公式中的那个负号，搞明白这个输出极性正负的问 题，因为通常DSP 的EVA 动作寄存器ACTRA都设定上桥为高有效（大部分程序设定高有 效是基于死区的考虑） ，这样实际上桥的比较值CMPR与输出的占空比是成反比的，而电机 三个绕组的极性又是与上桥一致的。所以实际使用时电流经过P或PI调节输出后可以直接赋 予CMPR，公式中的负号已通过ACTRA的设置实现。 或许经过我这么一说好像交流控制只是在电流开环时易于上手，在做到后期时是比较复 杂，好像是一无是处，其实也不尽然，交流控制器还是能够保证系统具有快速响应特性的。 另外在做完交流跟踪控制后你会发现理解并实现起直流跟踪控制会非常轻松。 ⑵直流跟踪控制法 这个方法因为电流环控制的是直流电流信号，直流信号就不会有上面交流信号滞后90 度的问题。 并且直流信号恰好具有对运行频带不敏感的特点， 从而可在一定程度上扩大电流 器的工作范围。 至于直流控制法书上基本都有较详细的说明，这里将略为述说。 PMSM 矢量控制直流跟踪控制法(DC 法)系统结构图如图 2 示：系统采用速度和电流闭 环控制。电机 A 相、B 相绕组电流 ia 、 ib 经过 Clarke 变换得到 αβ 方向的电流 iα 、 iβ ，将 三相静止坐标转换成二相静止坐标。 说白了这一变换就是根据功率等效原则将三相绕组电机 等效成二相绕组电机 （我们知道三相绕组电机通三相互差 120 相角度电流便能得到幅值不变 角度旋转的圆形磁链矢量，而二相通差 90 相角度的电流也能达到这样的旋转圆形磁链矢
444 基于电流滞环与变结构控制的PMSM伺服系统
能够改善系统的响应速度，基本实现无超调，且对负载扰动和参数变化的鲁棒性也有所改善。ห้องสมุดไป่ตู้
关键词：永磁同步电机；变结构控制；正弦脉宽调制；电流滞环；仿真分析
中图分类号：ＴＰ２７３＋．５；ＴＨ３９
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—４５５ｌ（２００７）０５—００７７一０３
ＰＴ汀ＳＭ ｓｅｒｖｏ ｓｖｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ－ｂａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ＣＨＥＮ Ｑｉｎｇ．ｚｈａｎ９１，ＲＡＯ Ｇａｏ—ｆｅｎ９２，ｚＥＮＧ Ｙｉ．ｆａｎｌ，ＬＩｕ Ｒｅｎ—ｘｉｎｌ
ＰＭＳＭ伺服系统采用电流矢量快速跟踪控制， 有效地提高了系统的电流响应速度。系统中转矩响
根据式（１），令状态量戈。＝∞耐一∞，代表速度误
差，石：＝立。作为速度变结构调节器输入，调节器输 出（即电流给定）Ｍ＝ｆ耐，从而得到系统在相空间上 的数学模型为：
ｒ茹ｌ＝石２
【菇：５—ｆ拄一了 ｛，
１．５ｐ。９，
速度，能精确控制随转速变化的交流电流频率¨］。速 度环的作用是增强系统抗负载扰动能力、抑制速度 波动。电流环和速度环的控制性能是实现位置环的 高精度和高动态跟踪性能的基础。
本研究深入分析了ＳＰｗＭ电流滞环控制的 ＰＭＳＭ伺服系统及其速度环的变结构控制方案。
１ ＳＰｗＭ电流滞环及其仿真分析
１．１ ＰＭＳＭ数学模型 以凸装式转子结构的ＰＭｓＭ为对象，在假设磁
本研究通过仿真和实验，分析了ＰＭｓＭ伺服系 统ＳＰＷＭ电流滞环控制和速度环变结构控制方案， 并分别与常规的电流滞环控制和速度环ＰＩ控制作 对比分析。从仿真结果可以看出，ＳＰｗＭ电流滞环 控制及速度环的变结构控制能够较大地提高系统的 快速性和鲁棒性。“，基本实现无超调、改善系统控 制性能。为位置伺服系统的整体设计和整体性能的 获得提供了基础。
电流环的作用
控制交流伺服系统的关键是实现电机瞬时转矩的高性能控制，对PMSM转矩控制的要求可归纳为响应快、精度高、脉动小、效率高等。
根据dq坐标系中的PMSM电机模型知，对电机输出转矩的控制最终归结为对交轴、直轴电流的控制。
为提高系统性能，PMSM速度伺服系统采用速度环和电流环双闭环结构，电流环为系统内环，速度环为系统外环。
作为多闭环控制系统，外环性能的实现依赖于系统内环的优化。
电流环是PMSM速度伺服系统中提高控制精度和响应速度、改善控制性能的关键。
为了达到伺服系统比较精确和快速的控制效果，必须保证相电流能够精确快速的实现采样。
在电流环的采样设计中，为了达到这种采样效果，我们采用一种自适应采样时刻调整技术，根据调制系数的不同，动态的调节采样时刻点，同时为了保证电流采样的实时性和快速性，利用TMS320F28069 MCU独有的CLA硬件结构框架，保证电流采样和数据处理的快速进行。
如下图所示：（1）低调制系数下，可用于采样电流时间段（2）高调制系数下，可用于采样电流时间段由图1和图2比较可知，在开关管通断时刻后，电流都有一段波动调整期，如若采样点设置在波动调整期内，则会直接影响电流采样结果的准确，而且随着调制系数大小的变化，该调整期的长短也会变化，导致可用于采样电流的时间段长度也发生变化，为了保证每次采样时刻点都落到可用于采样电流的时间段内，需要才用一种自适应采样时刻调整技术保证采样时刻点跟随载波系数的不同自适应的进行调整。
TMS320F28069特有的CLA（控制算法加速器）结构式一个32位独立的可支持单精度浮点运算的浮点运算CPU，凭借其低延迟的中断控制机制，可很好的实现对电流采样的控制和采样结果的实时读取。
这一特有的硬件结构通常被应用与实时性要求较高的控制场合。
在交流伺服系统中，采用CLA实现电流环的控制，可以很大的提高整个内环的相应速度，到达更高的响应频宽。
设计三环结构的伺服系统心得体会
设计三环结构的伺服系统心得体会
设计三环结构的伺服系统需要考虑系统的稳定性、精度和响应速度等因素，以下是我个人的一些心得体会：
1. 控制环路设计：伺服系统的三个环路分别是位置环、速度环和电流环。
在设计这些环路时，需要考虑环路间的相互影响和稳定性要求，并保证环路之间的信号传递和控制精度。
2. 参数调整：伺服系统的参数调整非常重要，尤其是位置环和速度环的增益参数。
正确的参数设置有助于提高系统的稳定性和响应速度，但过高的增益可能导致系统震荡或不稳定，过低的增益则可能导致系统响应速度变慢甚至不可用。
3. 反馈传感器选择：伺服系统所使用的反馈传感器对于系统的性能至关重要。
常见的反馈传感器包括编码器、位置传感器等，要选择合适的传感器确保系统的精度和稳定性。
4. 电源和功率放大器设计：伺服系统的稳定性和响应速度受到电源和功率放大器的影响。
良好的电源设计和功率放大器选型可以提供稳定的电流供应和足够的功率输出，从而提高系统的性能。
总的来说，设计三环结构的伺服系统需要综合考虑多个因素，并进行合理的参数调整和硬件选型。
通过不断的实践和经验积累，可以逐步提高伺服系统的设计水平和性能。
PMSM转速受限条件下的快速位置伺服控制_程国卿
第 46 卷 2013 年
第9 期 9月
M ICＲOM OTOＲS
9期
程国卿等： PMSM 转速受限条件下的快速位置伺服控制
· 55 ·
bang 控制） ，而 行最快的加速 / 减速（ 即 TOC 的 Bang当误差较小的时候则改用线性控制律 。 PTOC 的控制 性能在理论上稍逊于 TOC ， 但拥有较好的鲁棒性， 能适应对象模型有差异或系统中存在扰动的情形 。 考虑到 实 际 伺 服 系 统 对 转 速 往 往 有 限 制， 在 采 用 PTOC 进行位置控制的同时，需确保转速不超过其最 大允许值，这就需要在 PTOC 的过程中插入一个转 速调节 （ 恒 速 控 制 ） 的 环 节， 从 而 构 成 模 式 切 换 控 制。为消除系统中不确定性和负载转矩等扰动因素 的影响，本文引入一个线性扩展状态观测器来估计 并加以补偿， 最终实现快速、 平稳和准确的位置控 制。通过基于 TMS320F2812 的实验测试， 验证了控 制方案的有效性。
减速到零的位移也是 y m 。 当目标位移超过 v m ， 则速
· 56 · 度峰值可能超过 。由于通常情况下不希望电机转速 过大（ 比如，不要超过其额定值 ） ， 所以必须在位置 控制的同时对转速加以限制。 一个直观的思路是当 电机转速幅值达到最大允许值 v m ， 立即改换控制策 略，使转速维持在 v m 附近， 即进行恒速控制。 随后 当定位误差逐步减少以致按式 （ 3 ） 计算的 u p 值发生 符号逆转时则可恢复为 PTOC 的减速段控制 （ 这将产 生一条近似梯形的速度曲线） 。恒速控制阶段可采用 简单的比例积分（ PI） 控制律，其传递函数为 C v （ s） = U v （ s） ki = kv + E v （ s） s （ 6）
PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制
PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制随着电力电子技术和计算机技术的不断发展，越来越多的电力驱动系统采用了永磁同步电机（PMSM）作为其驱动电机。
PMSM具有高效率，高功率密度，低噪音等优点，同时也面临着转子定位难、电磁干扰等难题。
因此，设计合适的控制策略对于保证PMSM系统的性能具有至关重要的意义。
在过去的几十年里，滑模控制（SMC）被广泛研究和应用于各种类型的电机控制中，其在鲁棒性和适应性方面表现出色。
然而，传统的SMC控制策略存在着快速调整引起的抖动现象，这对于PMSM系统输入电流、速度和位置的测量带来了很大的影响。
为了解决这个问题，我们提出了一种PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制方法（PMSM dual-loop smooth nonsingular terminal sliding mode control）。
该方法采用双环控制结构，分别控制电流和速度环，其中电流环采用SMC控制策略，速度环采用PID控制策略，并在两个环之间引入了平滑非奇异终端滑模控制器。
电流环控制器可以优化PMSM的转矩性能，减少转矩脉动，而速度环控制器对PMSM的运动精度和响应速度有较好的控制性能。
平滑非奇异终端滑模控制器可以消除因快速调整而引起的抖动，同时保持了干扰鲁棒性和系统适应性。
具体地，我们首先设计了电流环的SMC控制器，引入可逆饱和函数来抑制抖动。
接着，在速度环控制器中，引入PID算法，以便快速实现目标速度的跟踪。
然后，我们将SMC控制器和PID控制器之间引入平滑非奇异终端滑模控制器，以消除由于控制器间的参数不匹配和模型误差等原因引起的抖动。
最后，我们通过仿真和实验验证了该控制方法的有效性。
综上所述，本文提出的PMSM双闭环平滑非奇异终端滑模控制方法可以有效地解决SMC 带来的抖动问题，并具有良好的速度和精度控制性能，能够有效提高PMSM系统的性能。
PMSM矢量控制电流环的个人心得
PMSM矢量控制电流环的个人心得首先，PMSM矢量控制电流环是一种基于数学模型的控制方法。
在PMSM控制系统中，电流环主要是用来控制电机的转矩和速度。
通过电流环，可以实现对电机电流的精确控制，进而实现对电机的转矩和速度的控制。
因此，对电流环的调试和参数设置非常重要。
在我的实践中，我发现在调试和参数设置过程中，需要仔细观察电流波形和PID参数的变化情况，根据实际需求进行调整。
其次，PMSM矢量控制电流环需要合理选择控制策略。
在实际应用中，有很多种电流环的控制策略可供选择，如PI控制、PID控制、模糊控制等。
我发现，在不同的应用场景下，选择不同的控制策略会有不同的效果。
在测速度较高或转矩要求较高的情况下，使用PID控制往往能够达到较好的控制效果。
而对于转速较低或转矩要求相对较低的情况，使用PI控制也能够实现较好的控制效果。
因此，在应用中需要根据实际情况选择合适的控制策略。
此外，PMSM矢量控制电流环需要合理设置控制参数。
在这个过程中，我观察到电流环的控制参数对系统的性能和稳定性有很大的影响。
在我的实践中，我通常会先进行一些初步的参数设置，然后通过实验和观察进行进一步的调整和优化。
在设置控制参数时，需要注意根据实际情况调整比例、积分和微分参数的值，使系统能够快速响应、稳定运行，并兼顾系统的抗干扰性能。
最后，PMSM矢量控制电流环需要进行系统的参数辨识和建模。
在实际应用中，系统参数往往会受到一些因素的影响，如温度、湿度等。
因此，对于控制系统的参数辨识和建模非常重要。
通过对系统参数的辨识和建模，可以更准确地进行控制参数的设置，并提高控制系统的性能和稳定性。
总之，PMSM矢量控制电流环是一种非常重要的电机控制技术，在实际应用中具有广泛的应用前景。
通过对PMSM矢量控制电流环的研究和实践，我对其有了一些个人心得。
希望我的一些体会和总结对PMSM矢量控制电流环的研究和应用有所帮助。
PMSM伺服系统速度环PI控制器参数自整定及优化
PMSM伺服系统速度环PI控制器参数自整定及优化肖启明;杨明;刘可述;贾下跖;秦洁【摘要】针对PMSM伺服系统PI参数自整定方法依赖系统数学模型精确度或优化时间长、整定效率低的问题，提出一种将基于模型和规则的参数自整定思想相结合的参数自整定及优化策略。
首先以伺服系统的数学模型为基础，利用速度环开环截止频率和相角裕度等频域性能指标来设计出一个较为适当的速度环PI参数；然后以ITAE为系统阶跃响应的评价函数，并在理论设计的PI参数附近利用二自由度迭代整定法搜索使评价函数获得最小值的速度环PI参数，从而得到使伺服系统工作在最优控制性能的PI参数。
实验结果证明，通过该方法优化后的速度环PI参数能使伺服系统具有良好的动态跟踪性能和较强的负载抗扰性。
%In order to solve the problem of PI parameters self-tuning about being dependent on accuracy of system mathematical model or long optimization time, a novel and practical parameters self-tuning and op-timization method for PMSM servo system was proposed. The method obtained optimal parameters of PI controller by combining parameters self-tuning ideas based on model and rules. Firstly, appropriate PI parameters by frequency-domain performance index was designed, such as cutoff frequency and phase margin of speed loop. Then with integrated time and absolute error (ITAE) as evaluation function, two-degrees-freedom iteration was utilized to seek PI parameters which made system obtain the minimum value of evaluation function in the vicinity of theoretical PI parameters. Thereby PI parameters were achieved which made PMSM servo system possess optimal control performance. The experimental results show that the optimized PIparameters makes PMSM servo system own good dynamic performance and load immunity.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】6页(P102-107)【关键词】永磁同步伺服系统;参数自整定;二自由度迭代法;PI控制器;频域设计法【作者】肖启明;杨明;刘可述;贾下跖;秦洁【作者单位】重庆三峡学院机械工程学院，重庆400410;哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江哈尔滨150001;中船重工集团第七○七研究所九江分部，江西九江332000;中电投江西核电有限公司，江西九江332000;中船重工集团第七○七研究所九江分部，江西九江332000【正文语种】中文【中图分类】TP2790 引言在伺服系统中，系统参数变化(如负载转矩或转动惯量的变化)可能会严重影响系统的控制效果，导致系统动态响应性能恶化甚至产生振荡［1］。
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一：电流环参数的调节
1：PMSM传动控制系统中，电机运行速度范围很宽，电流频率范围从零到上百赫兹，要在这么宽的频率范围内准确地检测电机电流，常选用霍尔元件实现电机电流的检测。
霍尔检测方法优点：动态响应好，信号传输线性及频带范围宽等优点。
为保证电机对称运行，电流三相各反馈信道的反馈系数必须相等，这就要精心选择调理电路组件，仔细调整反馈回路参数。
信号调理电路使用模拟放大器时，放大器的零漂是影响电机低速运行性能的主要因素，要仔细调整放大器，将零点漂移控制在10mv以内。
2：PMSM调速系统需要电机有很宽的调速范围，达到10^4：1以上，要在这么宽的速度范围内检测出电机的速度，以实现调速系统的控制确实是个很重要的问题。
尽管T法在低速时有很好的测速精度，但研究调速系统控制的论文极少见使用(T或M/T)法测速的，基本上都是采用M法测速。
实际上，当电机处于极低转速时，电机能否稳定运行不仅仅取决于位置传感器及其所送来的脉冲信号，还有速度调节器的作用，以及电流环与电机转子惯性环节的影响，所以，M法仍可用于低速范围内电机速度的检测与反馈。
3：电流调节器参数对电流环的动态响应具有决定性影响。
电流调节器比例系数越大，电流阶跃跟踪响应速度越快，响应的超调越大，振荡次数越多。
电流调节器的积分系数越大，电流阶跃跟踪响应的稳态误差越小，但太大会引起电流环振荡。
PMSM调速控制系统的电流环控制对象为PWM逆变器、电机电枢绕组、电流检测环节组成。
在实际系统运行过程中，电流环的相应受电机反电势的影响，电流环动态响应不好，为提高永磁同步电机调速系统电流环动态响应性能，抑制反电动势对电流环的影响，在实际系统电流调节器制作时，比例和积分系数均做了调整，增大比例系数，减小积分时间常数。
电流环响应若不加微分负反馈环节，电流环动态响应将会出现振荡与超调。
然而实际应用中，通常不加微分反馈环节，因为微分极易引起系统的振荡。
而且按照电流环I型系统的校正原则，采用PI控制才能实现电流环系统的稳定性和高动态响应。
二、速度环参数的调节
采用II型系统设计的速度环，实际应用中，在速度阶跃过程中，速度调节器会出现饱和，系统的实际运行情况和设计时所采用的线性对象具有很大的差别，调节器设计时的初始条件和实际系统退饱和后调节器参与调节时的初始条件有很大差别。
因此按照II型系统设计的速度环需要作很大的调整才能满足实际系统的需要。
但该设计方法关于调节器的形式选择仍然适用。
从自动控制原理可知，调速控制系统的速度超调是使用PI调节器并要求有快速响应的必然结果，原因是速度调节器要退出饱和，参与调解。
随着速度调节器输出限幅的增加，速度响应加快，到达指定速度时的振荡程度增加。
输出限幅数值决定电机在动态过程中加速力矩的大小，影响电机在加减速过程中的加速度，影响调速系统的速度响应过程。
输出限幅值要合理设置，应该充分利用电机的过载能力，以提高调速控制系统的速度响应性能。
同时，在调速控制系统中可设置速度微分负反馈（肖老师建议速度环一般不要加前馈），可以
抑制速度响应的超调。
三：位置环
永磁同步电机控制系统的位置环按典型I型系统设计，目的是不希望控制系统出现位置响应超调。
按照永磁同步电机控制系统位置环的设计分析，位置调节器为比例调节器。
当系统设定位置给定时，位置调节器输出有限幅，该限幅值对应控制系统电机所允许的速度限幅。
随着电机轴转动惯量的增加，位置环为获得最优的位置响应，位置调节器比例系数将成比例的减少。
工程设计中，将速度闭环用等效一阶惯性环节来代替，由此实现位置环的工程设计。
控制系统对象转动惯量恒定，通过调整调节器比例放大系数，可使系统位置环获得优异的响应性能。
四：电机的一些参数意义
1：过载系数、功率密度
通常讲电机的过载能力其场合为：有变频器或伺服驱动器拖动的同步或异步电机。
记得有一个客户要求电机具有8倍的过载（同步伺服电机），竟然有一个厂家说他们能做。
哎有些参数瞎说是会害死人的。
8倍过载能不能做，当然能，但是没有意义，只是文字上的游戏而已。
一个电机设计和制造的水平高低，有一个参数就是功率密度，就是电机的体积和质量与功率的比值（或者只说质量吧）这个值如果能做上去，那就是高水平的电机，通常来讲，这个值的范围对不同的电机厂家来讲，差异不会很大，如果真的能做点高的话，恭喜你，你发大财了，那就是电机行业的重大突破。
回过头来，我们再看看过载能力到底是什么，所谓的过载能力就是电机的最大扭矩与额定扭矩的比值。
当一个电机被制造出来以后，他的最大扭矩这个值就被确定了，基本上是不能有很大变化的，这个就是上边所讲的功率密度所决定的，当然，你要是和我较真的话，我还得把变频器的参数考虑进来，不同的变频器控制下，这个值也稍有变化。
但是另一个参数额定扭矩就不是确定的了，它是与电机冷却方式密切相关的，自然冷却的额定扭矩《强制风冷的额定扭矩《水冷（或油冷）的额定扭矩。
那么这三种方式那个过载能力高呢，当然是自然冷却的高了，但那个电机最贵的，水冷（或油冷）方式的了。
如果有人告诉你他的电机的过载系数很高，你要先问他一下电机的最大扭矩，然后问他一下电机的重量。
拿这两个参数和别的电机比一下，呵呵，如果这两个参数相接近的两个电机，过载系数高的那个电机的冷却就是做的很差的那个。
目前，市场上的同步伺服电机的过载系数一般是3-4倍，siemens1ft7系列是4倍，1ft6和1fk7一般是3倍。
异步伺服电机一般为2-3倍（3倍的比较少）。
大功率的同步伺服电机siemens的1fw3系列大致是1.8-2倍。
西门子的电机在整个电机行业中的水平还算是比较高的（不包含那些特殊定制
的电机奥）。
至于普通的异步电机，这个参数通常不是特别重要。
五：永磁同步电机控制系统电流环相应性能分析
（1）电流环
电流环控制对象为PWM逆变器、电机电枢回路，两者均可以看成一阶惯性环节，其惯性时间常数影响电流环的动态响应速度。
调节器的参数也影响电流环响应过程。
这三个因
素都处于环内位置，低速时，通过电流调节器的调节，可以基本消除电机反电势对电流环
的影响，电流跟随性能好，控制特性好。
高速时，电流反电势变大，它的存在使外加至电
机电枢绕组的净电压减小，影响电流环的动态调节，电枢电流跟随性能变差。
将导致实际
电流和给定电流键出现明显的幅值相位偏差。
严重时（电机运转速度很高时），实际电流将
无法跟随给定。
为了提高电流动态跟随性能，减小动态跟随误差，在保证电机控制系统电
流闭环稳定的前提下，应尽可能提高电流调节器比例放大系数，减小积分时间常数，以减
小电机反电势对电流环电流调节性能的影响。