基于模糊pi控制的pmsm位置伺服系統(tǒng)仿真
王翔，馬瑞卿，吉攀攀
（西北工業(yè)大學自動化學院，西安710072）
摘要：本文在分析了永磁同步電機(pmsm)數(shù)學模型的基礎上，在matlab的simulink環(huán)境下構(gòu)建了隱極式永磁同步電機位置伺服系統(tǒng)的仿真模型。控制系統(tǒng)采用經(jīng)典的三閉環(huán)結(jié)構(gòu)，其中電流環(huán)采用i=0的矢量控制策略，速度環(huán)采用pi控制，位置環(huán)采用模糊pi自適應控制，自適應控制通過matlab軟件編程。文中給出了系統(tǒng)各模塊仿真模型的建立方法，并針對工程系統(tǒng)實際參數(shù)，進行了負載突加突卸時位置、速度和轉(zhuǎn)矩瞬態(tài)過程仿真與分析。結(jié)果表明，該系統(tǒng)抗干擾性好，能快速準確地跟蹤位置及轉(zhuǎn)速給定。
關鍵詞：永磁同步電機；矢量控制；模糊控制；建模；仿真
中國分類號：tm351；tm341 文獻標志碼：a 文章編號：i001-6848(2010)-03-0052-04
0引 言
永磁同步電機( pmsm)因具有高效率、高控制精度、高轉(zhuǎn)短密度、寬廣的調(diào)速范圍以及良好的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性等一系列優(yōu)點，在交流伺服控制系統(tǒng)中占有重要的地位，近年來隨著稀土永磁材料、電力電子技術、微機技術及矢量控制技術的發(fā)展，永磁同步電機在國防、工業(yè)、民用的各個領域得到了越來越廣泛的應用，如火炮瞄準、數(shù)控機床、電動汽車、電梯等。由于同步電機矢量控制的復雜性和較高的成本，所以建立永磁同步電機的仿真模型，對電機性能和系統(tǒng)控制參數(shù)的研究具有重要的意義。
針對某實際系統(tǒng)參數(shù)，仿真了pmsm恒轉(zhuǎn)矩起動、突加突卸負載等情況，結(jié)果表明，該伺服系統(tǒng)響應速度快，跟蹤精度高，并有較強的抗干擾性。
1永磁同步電機的數(shù)學模型
以三相星形180度通電模式為例來分析永磁同步電機的數(shù)學模型、電磁轉(zhuǎn)矩等特性。為了便于分析，假定：
a電機三相繞組完全對稱且在定子內(nèi)表面均勻連續(xù)分布；
b．定轉(zhuǎn)子表面光滑，無齒槽效應；
c定轉(zhuǎn)子每相氣隙磁動勢在空間呈正弦分布；
d忽略磁飽和、渦流及鐵心損耗。
電機采用轉(zhuǎn)子表面安裝( spm)永磁體結(jié)構(gòu)電機系統(tǒng)在d-q坐標系下的數(shù)學模型為[3，4]
2仿真模型的建立
根據(jù)pmsm數(shù)學模型，在simulink環(huán)境中建立基于模糊pi自適應控制的永磁同步電機伺服系統(tǒng)的仿真模型如圖1所示。
三閉環(huán)位置伺服控制系統(tǒng)中，電流環(huán)采用可靠的屯=0控制法，可實現(xiàn)****轉(zhuǎn)矩電流比[5]；速度環(huán)采用限幅pi控制，既能較好地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，又能將電流大小控制在要求的范圍內(nèi)；位置的精確控制是位置伺服系統(tǒng)所要達到的最終目的，所以要求位置信號要快、準、穩(wěn)地跟蹤給定，為了保證位置信號能達到上述要求，系統(tǒng)采用模糊pi自適應控制，綜合了智能控制和經(jīng)典pi控制的優(yōu)點。根據(jù)實際位置與給定位置的誤差及誤差的微分，采用模糊邏輯推理的方法來實時整定pi參數(shù)，既能使位置信號快速、準確、穩(wěn)定地跟蹤給定，又能提高系統(tǒng)的魯棒性。
2.1位置模糊pi控制模塊
模糊控制模塊采用simulink內(nèi)嵌的可編程模塊，通過matlab編程來實現(xiàn)。這種編程實現(xiàn)與直接采用simulink中現(xiàn)成的模糊控制模塊相比，具有自由度大、方便等優(yōu)點。其模塊內(nèi)部程序代碼為：
2.2轉(zhuǎn)速pi調(diào)節(jié)模塊
轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)采用限幅pi控制，如圖3所示。saturation模塊即為限幅模塊，其輸入輸出在模塊參數(shù)的設定范圍內(nèi)是相等的，但當輸入的值超過參數(shù)設定的范圍時，輸出就會保持在一個恒定的值從而呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。saturation模塊前面為普通pi控制，其中模塊cain為比例系數(shù)，gainl |
