电流环调节器设计过程

电流环PID 调节器设计大致流程
以下设计过程主要参考文献[1]，首先给出永磁同步电机参数表如下：
电机的反电势会使电流输出与给定存在偏差，但低速时反电势较小，可通过调节器的控制消除， 因此设计时可忽略不计。

电流环传函结构图如图1所示，其中，v K 是逆变器电压放大倍数，表示逆变器直流侧电压与三角载波电压幅值之比，v τ是逆变器时间常数，与开关频率有关，s R 是电枢绕组电阻，q L 是交轴电感，β 是反馈系数， oi T 是反馈滤波时间常 数，ACR G 是电流调节器传递函数。

图1
未加校正时的电流环开环传函如下:
(1)()(1)v iob v q s oi K G S L S R T S βτ=
+++ （1） 式中: v τ、oi T 是小时间常数， 因此可将控制对象等效:
()[()1]
v iob q s v oi K G L S R T S βτ=+++ （2） 电流调节器可选用 PI 调节器进行设计: 1p i ACR i K K S G K S
+= （3） 用 PI 调节器的零点来抵消控制对象的大时间常数极点， 如下: 11q p i s L K K S S R +=
+ （4） 得到电流环的开环传递函数:
[()1]*v ik i oi v s
K G K S T S R βτ=++ （5） 系统要求电流环具有较快的响应速度， 同时超调又不可过大， 因此令:
()0.5v oi v i s
K T K R βτ+= （6）
设定逆变器开关频率为f=18kHz ，于是逆变器时间常数155.6v us f
τ==，将15.5dc v s U K U ==、0.6β=、
0.11ms oi T =和表1的电机参数代入到式（4）、式（6）中，得 6.5p K =，0.0022i K =。

加入 PI 调节器之前的系统开环幅相频率特性曲线如图2 所示， 系统明显不稳定; 加入 PI 调节器后得到的系统开环的幅相频率特性曲线如图 3 所示， 可见所设计的电流环是稳定的， 且有 45°左右的相角裕度。

图2 原系统幅相频率特性曲线 图3 补偿后电流环幅相频率特性曲线
参考文献：
[1]刘军，敖然，韩海云，秦海鹏，朱德明．永磁同步电动机伺服系统电流环优化设计［J ］． 微特电机，2012，40（6）:17-20．
[2]熊小娟，韩亚荣，邱鑫．永磁同步电机伺服系统电流环设计及性能分析［J ］． 科技传播，2010，5（上）:62-63．
[3]陈荣，邓智泉，严仰光．永磁同步服系统电流环的设计［J ］． 南京航空航天大学学报，2004，36（2）:220-225．。