永磁同步電動(dòng)機(jī)控制策略綜述1引言近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新型電機(jī)控制理論和稀土永磁材料的快速開(kāi)展，永磁同步電動(dòng)機(jī)得以迅速的推廣應(yīng)用。永磁同步電動(dòng)機(jī)具有體積小，損耗低，效率高等優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)日益受到重視的今天，對(duì)其研究就顯得非常必要。因此，這里對(duì)永磁同步電機(jī)的控制策略進(jìn)行綜述，并介紹了永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的各種控制策略開(kāi)展方向。2永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型當(dāng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子通入三相交流電時(shí)，三相電流在定子繞組的電阻上產(chǎn)生電壓降。由三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電樞磁動(dòng)勢(shì)及建立的電樞磁場(chǎng)，一方面切割定子繞組，并在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；另一方面以電磁力拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。電樞電流還會(huì)產(chǎn)生僅與定子繞組相交鏈的定子繞組漏磁通，并在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)漏電動(dòng)勢(shì)。此外，轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)也以同步轉(zhuǎn)速切割定子繞組，從而產(chǎn)生空載電動(dòng)勢(shì)。為了便于分析，在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，假設(shè)以下參數(shù)[2-3]：忽略電動(dòng)機(jī)的鐵心飽和；②不計(jì)電機(jī)中的渦流和磁滯損耗；③定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)沿定子內(nèi)圓按正弦分布，即忽略磁場(chǎng)中所有的空間諧波；④各相繞組對(duì)稱(chēng)，即各相繞組的匝數(shù)與電阻相同，各相軸線(xiàn)相互位移同樣的電角度。在分析同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，常采用兩相同步旋轉(zhuǎn)〔d，q〕坐標(biāo)系和兩相靜止〔α，β〕坐標(biāo)系。圖1給出永磁同步電動(dòng)機(jī)在〔d，q〕旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型[4]。定子電壓方程為：〔1〕〔2〕式中：r為定子繞組電阻；p為微分算子，p=d/dt；，為定子電流；，為定子電壓；，分別為磁鏈在d，q軸上的分量；為轉(zhuǎn)子角速度〔〕；為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。(2)定子磁鏈方程為：〔3〕〔4〕式中：為轉(zhuǎn)子磁鏈。(3)電磁轉(zhuǎn)矩為：〔5〕(4)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程為：〔6〕式中：J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。假設(shè)電動(dòng)機(jī)為隱極電動(dòng)機(jī)，那么，選取，及電動(dòng)機(jī)機(jī)械角速度為狀態(tài)變量，由此可得永磁同步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程式為：〔7〕由式〔7〕可見(jiàn)，三相永磁同步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多變量系統(tǒng)，而且，，之間存在非線(xiàn)性耦合關(guān)系，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)三相永磁同步電機(jī)的高性能控制，是一個(gè)頗具挑戰(zhàn)性的課題。3永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制策略任何電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是由主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的。直流電動(dòng)機(jī)的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)在空間互差90°，因此可以獨(dú)立調(diào)節(jié)；交流電機(jī)的主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)互不垂直，互相影響。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制性能較差。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，目前的交流電機(jī)控制有恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等方案。3.1恒壓頻比控制恒壓頻比控制是一種開(kāi)環(huán)控制。它根據(jù)系統(tǒng)的給定，利用空間矢量脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)化為期望的輸出電壓進(jìn)行控制，使電動(dòng)機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。在一些動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)所，由于開(kāi)環(huán)變壓變頻控制方式簡(jiǎn)單，至今仍普遍用于一般的調(diào)速系統(tǒng)中，但因其依據(jù)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型，無(wú)法獲得理想的動(dòng)態(tài)控制性能，因此必須依據(jù)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。永磁同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為非線(xiàn)性、多變量，它含有ω與或的乘積項(xiàng)，因此要得到精確的動(dòng)態(tài)控制性能，必須對(duì)和，解耦。近年來(lái)，研究各種非線(xiàn)性控制器用于解決永磁同步電動(dòng)機(jī)的非線(xiàn)性特性。3.2矢量控制高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)需要現(xiàn)代控制理論的支持，對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)，目前使用最廣泛的當(dāng)屬矢量控制方案。自1971年德國(guó)西門(mén)子公司F.Blaschke提出矢量控制原理，該控制方案就倍受青睞。因此，對(duì)其進(jìn)行深入研究[5]。矢量控制的根本思想是：在普通的三相交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制規(guī)律，磁場(chǎng)定向坐標(biāo)通過(guò)矢量變換，將三相交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，并使這兩個(gè)分量相互垂直，彼此獨(dú)立，然后分別調(diào)節(jié)，以獲得像直流電動(dòng)機(jī)一樣良好的動(dòng)態(tài)特性。因此矢量控制的關(guān)鍵在于對(duì)定子電流幅值和空間位置〔頻率和相位〕的控制。矢量控制的目的是改善轉(zhuǎn)矩控制性能，最終的實(shí)施是對(duì)，的控制。由于定子側(cè)的物理量都是交流量，其空間矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，因此調(diào)節(jié)、控制和計(jì)算都不方便。需借助復(fù)雜的坐標(biāo)變換進(jìn)行矢量控制，而且對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的依賴(lài)性很大，難以保證完全解耦，使控制效果大打折扣。3.3直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制(DirectTorqueControl,簡(jiǎn)稱(chēng)DTC)是20世紀(jì)80年提出的交流電機(jī)高性能控制策略,它采用定子磁鏈定向和空間矢量概念,通過(guò)檢測(cè)定子電壓、電流,直接在定子坐標(biāo)系下觀測(cè)電機(jī)的磁鏈、轉(zhuǎn)矩,并將此觀測(cè)值與給定磁鏈、轉(zhuǎn)矩相比擬,差值經(jīng)滯環(huán)控制器得到相應(yīng)控制信號(hào),再綜合當(dāng)前磁鏈狀態(tài)來(lái)選擇相應(yīng)電壓空間矢量,實(shí)施直接對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。3.3.1直接轉(zhuǎn)矩控制的根本原理在生產(chǎn)工藝中，控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是最終目的。然而，轉(zhuǎn)速是通過(guò)轉(zhuǎn)矩來(lái)控制的，電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化與電機(jī)的轉(zhuǎn)矩有著直接而又簡(jiǎn)單的關(guān)系，轉(zhuǎn)矩的積分就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速，積分時(shí)間常數(shù)由電機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)慣性所決定，只有電機(jī)的轉(zhuǎn)矩影響其轉(zhuǎn)速?？梢?jiàn)如何有效地控制和調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是控制和調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)鍵。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，其控制機(jī)理就是通過(guò)電壓空間矢量來(lái)控制的旋轉(zhuǎn)速度從而改變定子、轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐g的夾角，到達(dá)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。(1)根據(jù)定子磁鏈與電壓空間矢量之間的關(guān)系(忽略定子電阻壓降的影響)，可知定子磁鏈空間矢量與電壓空間矢量之間存在積分關(guān)系。定子磁鏈空間矢量頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向和軌跡對(duì)應(yīng)于此時(shí)作用于定子的電壓空間矢量的方向。當(dāng)逆變器給電動(dòng)機(jī)施加某一非零電壓空間矢量時(shí)，會(huì)使定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度增加，這個(gè)期間轉(zhuǎn)子磁鏈仍然以定子磁鏈旋轉(zhuǎn)角頻率的平均值勻速旋轉(zhuǎn)，使得定子、轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角增加從而增大轉(zhuǎn)矩；相反當(dāng)逆變器加在定子上的電壓空間矢量為零矢量時(shí)，定子磁鏈電壓矢量那么不運(yùn)動(dòng)，因而使得轉(zhuǎn)矩減小。這樣通過(guò)定子磁鏈電壓矢量的走走停停到達(dá)改變轉(zhuǎn)矩的目的。直接轉(zhuǎn)矩直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)、逆變器、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、磁鏈調(diào)節(jié)器、扇區(qū)判斷模塊和電壓空間矢量表等幾局部組成。其中，電壓空間矢量的選取一般是通過(guò)查表的方式完成的。兩電平逆變器可產(chǎn)生8個(gè)不同的電壓空間矢量，分別對(duì)應(yīng)逆變器的8種開(kāi)關(guān)狀態(tài)。通過(guò)不同的電壓空間矢量的選取，就可以改變逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，也就改變了永磁同步電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制。3.3.2逆變器的八種開(kāi)關(guān)狀態(tài)電壓源型逆變器有三組，六個(gè)開(kāi)關(guān)〔SA、SB、SC、SA、SB、SC〕組成，如圖1所示。狀態(tài)01234567010101010011001100001111永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制仿真系統(tǒng)的組成圖2為永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,為定子磁鏈自控制與轉(zhuǎn)矩自控制的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖2永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)系統(tǒng)利用電壓、電流傳感器檢測(cè)定子兩相電壓(、)和電流(、),通過(guò)Park變換將定子三相變量變換為定子α、β坐標(biāo)系中的兩相分量,以利于進(jìn)一步計(jì)算。定子磁鏈分量可通過(guò)磁鏈觀測(cè)器而得到：轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的算法:系統(tǒng)仿真結(jié)果分析電機(jī)參數(shù)如下:極對(duì)數(shù)p=3,定子電阻R=0156Ω,電勢(shì)常數(shù)Ke=64V/1000r·min-1,額定磁鏈=0.42Wb,直軸電感=0.155mH,交軸電感=01155mH,額定線(xiàn)電壓U=128V,額定轉(zhuǎn)矩n=10N·m,額定轉(zhuǎn)速n=2000r/min。本文利用軟件MATLAB/SIMULINK工具對(duì)永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制作了仿真,速度開(kāi)環(huán)、轉(zhuǎn)矩閉環(huán)、磁鏈閉環(huán)的DTC仿真框圖如圖3所示。仿真條件為給定直流電壓為額定電壓300V,給定定子磁鏈為額定值,轉(zhuǎn)矩指令在t=0.03s時(shí)從3N·m變?yōu)?3N·m,仿真結(jié)果如圖4與圖5所示圖4PMSM磁鏈瞬時(shí)值曲線(xiàn)圖5PMSM轉(zhuǎn)矩響應(yīng)曲線(xiàn)圖示說(shuō)明,永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩能快速跟隨給定轉(zhuǎn)矩。從圖中同時(shí)也可以看出,轉(zhuǎn)矩直接控制的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比擬大,這是由于直接轉(zhuǎn)矩控制的本身特性決定的,常規(guī)直接轉(zhuǎn)矩控制在采用兩值滯環(huán)控制器和反電壓空間矢量來(lái)獲得轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快速性的同時(shí)犧牲了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制是通過(guò)控制逆變器輸出的電壓矢量,控制定子磁鏈?zhǔn)噶康拇笮『娃D(zhuǎn)速,改變它與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的瞬時(shí)夾角大小,從而到達(dá)轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)控制,其機(jī)理清晰、控制簡(jiǎn)單、綜合,易于微機(jī)數(shù)字實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果證明,直接轉(zhuǎn)矩控制方式下,永磁同步電機(jī)具有非常快速的轉(zhuǎn)矩的響應(yīng),但同時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能也有待于改良。矢量控制方案是一種有效的交流伺服電動(dòng)機(jī)控制方案。但因其需要復(fù)雜的矢量旋轉(zhuǎn)變換，而且電動(dòng)機(jī)的機(jī)械常數(shù)低于電磁常數(shù)，所以不能迅速地響應(yīng)矢量控制中的轉(zhuǎn)矩。針對(duì)矢量控制的這一缺點(diǎn)，德國(guó)學(xué)者Depenbrock于上世紀(jì)80年代提出了一種具有快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性的控制方案，即直接轉(zhuǎn)矩控制〔DTC〕[6-7]。該控制方案摒棄了矢量控制中解耦的控制思想及電流反應(yīng)環(huán)節(jié)，采取定子磁鏈定向的方法，利用離散的兩點(diǎn)式控制直接對(duì)電動(dòng)機(jī)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。DTC最早用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，1997年LZhong等人對(duì)DTC算法進(jìn)行改造，將其用于永磁同步電動(dòng)機(jī)控制，目前已有相關(guān)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究。DTC方法實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的雙閉環(huán)控制。在得到電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩值后，即可對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行DTC。圖2給出永磁同步電機(jī)的DTC方案結(jié)構(gòu)框圖。它由永磁同步電動(dòng)機(jī)、逆變器、轉(zhuǎn)矩估算、磁鏈估算及電壓矢量切換開(kāi)關(guān)表等環(huán)節(jié)組成，其中，，，為靜止〔d，q〕坐標(biāo)系下電壓、電流分量。雖然，對(duì)DTC的研究已取得了很大的進(jìn)展，但在理論和實(shí)踐上還不夠成熟，例如：低速性能、帶負(fù)載能力等，而且它對(duì)實(shí)時(shí)性要求高，計(jì)算量大。3.4解耦控制永磁同步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型經(jīng)坐標(biāo)變換后，，之間仍存在耦合，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)和的獨(dú)立調(diào)節(jié)。假設(shè)想使永磁同步電動(dòng)機(jī)獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，就必須解決，的解耦問(wèn)題[8]。假設(shè)能控制恒為0，那么可簡(jiǎn)化永磁同步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程式為：〔8〕此時(shí)，與iq無(wú)耦合關(guān)系，，獨(dú)立調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的線(xiàn)性化。實(shí)現(xiàn)恒為0的解耦控制，可采用電壓型解耦和電流型解耦。前者是一種完全解耦控制方案，可用于對(duì)，的完全解耦，但實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜；后者是一種近似解耦控制方案，控制原理是：適中選取環(huán)電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使其具有相當(dāng)?shù)脑鲆妫⑹冀K使控制器的參考輸入指令，可得到，，這樣就獲得了永磁同步電動(dòng)機(jī)的近似解耦。圖3給出基于矢量控制和解耦控制的永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖。雖然電流型解耦控制方案不能完全解耦，但仍是一種行之有效的控制方法，只要采取較好的處理方式，也能得到高精度的轉(zhuǎn)矩控制。因此，工程上使用電流型解耦控制方案的較多。然而，電流型解耦控制只能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電流和轉(zhuǎn)速的靜態(tài)解耦，假設(shè)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)耦合會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的控制精度。另外，電流型解耦控制通過(guò)使耦合項(xiàng)中的一項(xiàng)保持不變，會(huì)引入一個(gè)滯后的功率因數(shù)。以下具體介紹幾種解耦控制：1永磁同步電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)解耦控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)解耦常采用由靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和假設(shè)干積分器組成的動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)造連續(xù)系統(tǒng)的逆系統(tǒng)，對(duì)被控系統(tǒng)進(jìn)行線(xiàn)性化并解耦[4-5]。根據(jù)永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的可逆性分析，其相對(duì)階是完備的，所以選擇輸入積分實(shí)現(xiàn)方式對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行解耦控制，其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。即將逆系統(tǒng)式(15)、(16)與永磁同步電機(jī)原系統(tǒng)復(fù)合成兩個(gè)偽線(xiàn)性子系統(tǒng)，其中：偽線(xiàn)性轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的輸入輸出為二階線(xiàn)性積分關(guān)系；偽線(xiàn)性定子磁鏈子系統(tǒng)的輸入輸出為一階線(xiàn)性積分關(guān)系，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輸入輸出的線(xiàn)性化解耦。在辨識(shí)永磁同步電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)時(shí)，本文選用了三層前饋網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為：輸入層5個(gè)，隱含層9個(gè)，輸出層2個(gè)，其隱含層神經(jīng)元的鼓勵(lì)函數(shù)為式(18)的單調(diào)光滑雙曲正切函數(shù)，輸出層由具有線(xiàn)性閾值鼓勵(lì)函數(shù)的神經(jīng)元組成[6]。(18)選取足夠的鼓勵(lì)信號(hào)作為原系統(tǒng)的輸入信號(hào)，以獲取原系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性。對(duì)于非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合的多輸入多輸出系統(tǒng)，選取的鼓勵(lì)信號(hào)需要能夠充分鼓勵(lì)出原系統(tǒng)內(nèi)部各狀態(tài)間的耦合關(guān)系。可以給出多組不同的鼓勵(lì)信號(hào)：如幅值不同的隨機(jī)方波在同一時(shí)刻改變幅值；幅值不同的隨機(jī)方波在不同時(shí)刻改變幅值等。本文神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入信號(hào)中定子磁鏈與轉(zhuǎn)速信號(hào)、輸出信號(hào)定子電壓的d軸分量和q軸分量可在解析逆解耦控制中直接得到，而定子磁鏈與轉(zhuǎn)速的一、二階導(dǎo)數(shù)那么是采用高精度數(shù)值算法離線(xiàn)計(jì)算得到。一般取數(shù)千組樣本進(jìn)行歸一化，然后再?gòu)臍w一化后的樣本里集中選取2/3進(jìn)行訓(xùn)練，另外1/3用于泛化能力的校驗(yàn)。閉環(huán)控制器設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中，由于受各種因素的影響，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)與被控系統(tǒng)復(fù)合而成的偽線(xiàn)性系統(tǒng)并不是一個(gè)簡(jiǎn)單、理想的線(xiàn)性系統(tǒng)，簡(jiǎn)單的將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)作為控制器來(lái)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，其控制效果往往不佳。為了使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)模型參數(shù)及負(fù)載擾動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性，并保證指令信號(hào)跟蹤的無(wú)靜差特性不受影響，本文采用魯棒伺服控制器對(duì)偽線(xiàn)性子系統(tǒng)進(jìn)行線(xiàn)性閉環(huán)控制器的設(shè)計(jì)，形成魯棒伺服控制系統(tǒng)[10]。如圖2所示?！?〕轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，線(xiàn)性化后為，對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)，使閉環(huán)控制器為，那么系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)選為(19)式中：為阻尼系數(shù)；為角頻率。設(shè)期望轉(zhuǎn)速為2000r/min，=5，=200rad/s，ζ=0.707，，那么參數(shù)、、、可按下述公式計(jì)算：(20)〔2〕磁鏈子系統(tǒng)為一階系統(tǒng)，線(xiàn)性化后，對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)，使閉環(huán)控制器為，那么系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)選為(21)取=1000，=5，K=0。3.2控制系統(tǒng)框圖綜合轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)和定子磁鏈子系統(tǒng)，將逆系統(tǒng)模型和永磁同步電機(jī)原系統(tǒng)逆變器模型串聯(lián)后，組成偽線(xiàn)性系統(tǒng)，再附加線(xiàn)性閉環(huán)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的更有效控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。4控制系統(tǒng)仿真試驗(yàn)圖4是永磁同步電機(jī)工作在額定參數(shù)下、負(fù)載轉(zhuǎn)矩為5N?m時(shí)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)速響應(yīng)仿真曲線(xiàn)。從圖中可以看出，定子磁鏈在2s時(shí)由0.8Wb跟蹤下降到0.4Wb，根本無(wú)超調(diào)；轉(zhuǎn)速在2s時(shí)由100rad/s跟蹤上升到180rad/s，上升速度快，超調(diào)很小。因此，基于魯棒伺服調(diào)節(jié)器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)解耦控制方法具有良好的動(dòng)態(tài)性能。為了檢驗(yàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)解耦控制對(duì)負(fù)載擾動(dòng)的魯棒性，圖5給出了負(fù)載變化時(shí)定子磁鏈和轉(zhuǎn)速響應(yīng)仿真曲線(xiàn)。當(dāng)負(fù)載在1s時(shí)由5N?m突變到10N?m，轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)在小范圍波動(dòng)后迅速恢復(fù)，定子磁鏈幾乎沒(méi)受到影響。為進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的抗干擾能力，令負(fù)載從0到5N?m的作周期性變化(如圖6(a))，得到如圖6(b)所示的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線(xiàn)，說(shuō)明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆解耦控制系統(tǒng)具有很好的抗干擾能力?！瞐〕磁鏈響應(yīng)曲線(xiàn)〔b〕轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線(xiàn)〔a〕磁鏈響應(yīng)曲線(xiàn)〔b〕轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線(xiàn)〔a〕負(fù)載輸入曲線(xiàn)〔b〕轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線(xiàn)2永磁同步電機(jī)的非線(xiàn)性自適應(yīng)解耦控制為了解決電機(jī)參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)的不確定性、影響基于非線(xiàn)性解耦控制的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)性能的問(wèn)題,提出了一種帶干擾抑制的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)非線(xiàn)性解耦控制方法.該方法利用非線(xiàn)性解耦控制理論的微分幾何方法實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)解耦,并結(jié)合自適應(yīng)策略,將參數(shù)變化和負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)作為擾動(dòng)輸入,設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)自適應(yīng)狀態(tài)反應(yīng)控制律和參數(shù)自適應(yīng)規(guī)律.應(yīng)用Lyapunov穩(wěn)定理論證明了算法的穩(wěn)定性,并實(shí)現(xiàn)具有暫態(tài)性指標(biāo)的漸進(jìn)跟蹤.仿真和試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,該控制策略能有效地改善永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,增強(qiáng)其魯棒性和抗干擾的能力.3永磁同步電機(jī)高性能電流反應(yīng)解耦控制技術(shù)要實(shí)現(xiàn)≡0的解耦控制,通常有兩種方法：電壓前饋解耦控制和電流反應(yīng)解耦控制。電壓前饋控制是一種完全線(xiàn)性化的解耦控制方案,它能使,完全解耦控制,然而難以在微處理器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)；電流反應(yīng)解耦控制雖然是一種近似的解耦控制方案,得到的是近似的線(xiàn)性化解耦模型,但卻是行之有效的方法,該方法不僅能獲得快速高精度的力矩控制,而且控制電路簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)較方便,且三相永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)在動(dòng)、靜態(tài)均能得到近似解耦控制。4結(jié)語(yǔ)上述永磁同步電動(dòng)機(jī)的各種控制策略各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)根據(jù)性能要求采用與之相適應(yīng)的控制策略，以獲得最正確性能。永磁同步電動(dòng)機(jī)以其卓越的性能，在控制策略方面已取得了許多成果，相信永磁同步電動(dòng)機(jī)必然廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)：[1]李燁，嚴(yán)欣平.永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].微電機(jī)，2001，34〔4〕:30-