● 摘要
永磁同步电机具有很多独特的优点，因此永磁同步电机伺服系统（简称为永磁同步伺服系统）被广泛应用于对安全和性能有较高要求的航空航天、机器人、数控加工等领域。为了提高国内伺服系统的技术水平，开发我国自主的高性能永磁同步伺服系统，本文针对永磁同步伺服系统的控制技术展开研究，对系统的先进控制和智能化方法进行了一些探索。电流控制是永磁同步伺服系统的基础。本文以id=0的矢量控制方法，实现了永磁同步电机的解耦控制。针对矢量控制旋转坐标系下传统PI控制器的不足，提出了一种自适应复合控制方法，改善了电流环跟随的快速性和准确性。电磁干扰引起的电流反馈信号误差影响电流环的性能，根据电流反馈噪声的特点设计了一种滤波方法，能够有效滤除噪声信号。在速度动态变化的状态，由位置传感器信号计算的速度环反馈信息存在误差和延时。本文提出了一种预测均值速度计算方法，能够减小速度变化时的计算误差。设计了一种自适应模型跟随速度控制器。和PI控制器相比，该控制器在速度响应的快速性方面有明显的优势。系统的位置控制要求快速跟随和尽可能小的跟随偏差。响应超调和振荡限制了比例前馈控制的比例、前馈系数的范围，位置环跟随的速度和偏差被限制在一定的水平。本文提出一种引入速度反馈信息动态调整控制器的比例系数，和前馈组成复合的补偿措施，在提高位置跟随的快速性和减小跟随偏差方面都取得了一定效果。智能化是永磁同步伺服系统的发展趋势之一，本文对基于参数辨识的智能化方法进行了一些研究。根据面装式永磁同步电机id=0矢量控制的特点，提出了一种用统计均值方法计算电感值，然后以模型参考方法计算电阻和磁通的电机参数辨识策略。用电感和电阻的辨识值校正电流PI控制器的系数，控制器能够智能适应电机参数的变化；利用电感和磁通的辨识值引入反电动势的补偿，消除耦合因素对电流控制的影响，提高了电流控制的快速性和准确性。为了获得系统应用环境的参数信息，本文设计了一种参数辨识和转矩观测相结合的自校正负载转矩观测器。转动惯量和摩擦系数用模型参考方法辨识。根据环境参数慢时变的特点，待参数辨识的结果收敛后，在离散的时间点校正负载转矩观测器的系数；负载转矩的观测值应用于转动惯量和摩擦系数的辨识，简化算法的参考模型。这种负载转矩观测方法在稳定性和抗扰性方面都优于降阶观测方法。本文给出了一种利用转动惯量和摩擦系数校正速度PID控制器的简单规律：积分系数按摩擦系数的正比关系校正，比例系数按转动惯量的正比关系校正。负载转矩的观测结果用于实现负载扰动的补偿。上述方法对速度控制中参数不匹配和干扰对控制性能的影响都有明显的改善作用。