基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法

发布时间：2020-02-24 22:53

【摘要】：针对传统内模控制方法不能兼顾系统跟随性、抗干扰性和鲁棒性的问题,提出了一种基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法。该方法基于永磁同步电机矢量控制系统,分析了系统实现稳定性和鲁棒性的条件,根据永磁同步电机矢量控制系统的稳定性和鲁棒性条件设计了反馈控制器、反馈滤波器和前馈控制器,从而实现分别对永磁同步电机矢量控制系统的跟随性、抗干扰性和鲁棒性三种性能的优化控制,提升永磁同步电机的控制性能。仿真和实验结果验证了基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法的正确性和有效性。
【图文】：

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第32卷第21期尹忠刚等基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法57分别为矢量控制系统的电压和电流信号。2永磁同步电机的传统内模控制方法传统内模控制方法的结构框图如图1所示。图1中，nG(s)为被控对象模型，C(s)为内模控制器，R(s)为参考电流信号，d(s)为外部干扰。图1传统内模控制方法的结构框图Fig.1StructureoftraditionalIMCmethod利用传统内模控制方法设计控制器时，内模控制器首先取模型的动态逆，在不考虑鲁棒性和输入约束的情况下，，满足闭环系统性能，然后通过添加低通滤波器以增强系统的鲁棒性，使其能够克服噪声和模型失配带来的影响，所以内模控制器表达式为1n(s)(s)f(s)CG（7）式中，n(s)G为被控对象模型，即永磁同步电机模型的最小相位部分；1()1/(1)mfss，其m值由被控对象的阶次决定。由图1可以推导出传统内模控制的输出表达式为nnn()()()()()()()()()()()()()sssssssssssssGCYRICIGCdICGGGG（8）式中，I为二阶单位矩阵。将式（7）代入到式（8）中，经整理可得到传统内模控制的输出表达式为11nnn111nn1()()()()()()()(1)(1)1()()()(1)nnmsssssssssssssGGGGYRIdGIGG（9）3基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法3.1三自由度内模控制方法通过分析式（9）可知，在传统内模控制中，只有一个调节参数1，需要同时兼顾跟随性、抗干扰性和鲁棒性三方面性能，难以使各方面性能最大限度地提升，而三自由度内模控制方法针对这三方面性能设计了相应的控制器，可以有效改善永磁同步电机的控制性能。基?

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)()(1)(1)1()()()(1)nnmsssssssssssssGGGGYRIdGIGG（9）3基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法3.1三自由度内模控制方法通过分析式（9）可知，在传统内模控制中，只有一个调节参数1，需要同时兼顾跟随性、抗干扰性和鲁棒性三方面性能，难以使各方面性能最大限度地提升，而三自由度内模控制方法针对这三方面性能设计了相应的控制器，可以有效改善永磁同步电机的控制性能。基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法的结构框图如图2所示。图2基于三自由度内模控制的永磁同步电机矢量控制方法的结构框图Fig.2Structureofthevectorcontrolmethodbasedon3DOF-IMCforPMSM三自由度内模控制方法是在传统内模控制的基础上发展而来的，是针对传统内模控制的一种改进方法，以改善系统的跟随性、抗干扰性和鲁棒性之间相互影响的关系，进一步提升永磁同步电机的控制性能。图3为三自由度内模控制方法的结构框图。图3三自由度内模控制方法的结构框图Fig.3Structureof3DOF-IMCmethod图3中，D(s)为反馈控制器，fF(s)为反馈滤波器，三者构成三自由度内模控制器。根据图3可推导出三自由度内模控制输出表达式为nnf()()()()()()()()()()()()ssssssssssssYCGIGDRIGDGGFC（10）fnnf()()()()()()()()()()()sssssssssssYIFGCdIGDGGFC（11）

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