基于變系數(shù)PID永磁同步電機的研究

摘 要： 介紹了永磁同步電機（PMSM）在d?q坐標系下的數(shù)學模型。針對永磁同步電機傳統(tǒng)PID系數(shù)固定不變的缺陷，采用變系數(shù)PID控制方式，根據(jù)模糊控制規(guī)則實時調(diào)整PID控制器的系數(shù)，來增強永磁同步電機整體的抗干擾能力，內(nèi)環(huán)采用PI控制，實時跟蹤電流變化，提高系統(tǒng)跟蹤性能。使用Matlab/Simulink建立仿真模型并進行了仿真實驗，仿真結(jié)果表明，變系數(shù)PID控制方式比傳統(tǒng)PID控制方式有更好的抗干擾能力和跟蹤能力，為實際應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞： 永磁同步電機； 變系數(shù)PID； 模糊規(guī)則； 抗干擾能力

中圖分類號： TN919.3+4?34； TM341 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）18?0127?03

Abstract： The mathematical model of permanent magnet synchronous motor （PMSM） in d?q coordinate system is introduced. To overcome the defect of fixed PID coefficients of PMSM， the variable?coefficient PID control method is used to adjust the coefficients of PID controller in real time according to the fuzzy rules， so as to enhance the entire anti?interference ability of PMSM. The PI control is adopted in the inner loop of the controller to track the change of current in real time， and improve the system tracking performance. The simulation model was established with Matlab/Simulink. The simulation results show that the variable?coefficient PID control method is superior to the traditional PID control method in the aspects of anti?interference and tracking abilities.

Keywords： permanent magnetic synchronous motor； variable?coefficient PID； fuzzy rule； anti?interference ability

隨著電力電子技術(shù)、軟件工程的發(fā)展和現(xiàn)代永磁材料性能的不斷提高，永磁同步電機（PMSM）在煤礦傳動系統(tǒng)中已經(jīng)成為研究的熱點[1]。傳統(tǒng)控制方式的PID控制是由精確的數(shù)學模型計算得來的，但由于外界因素使得永磁同步電機為非線性系統(tǒng)，因此傳統(tǒng)的PID控制難以滿足要求[2]。智能控制是一種無需或盡可能減少人為干預，使系統(tǒng)能夠獨立地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)對目標的自動控制，用來解決傳統(tǒng)控制難以解決的復雜系統(tǒng)的控制方式[3?5]。考慮到雙閉環(huán)主要性能由外環(huán)決定，將速度外環(huán)改為變系數(shù)PID控制，利用模糊規(guī)則實時調(diào)整PID控制器中的兩個參數(shù)[6?7]，滿足系統(tǒng)的動態(tài)性能和靜態(tài)性能，使PMSM系統(tǒng)達到最優(yōu)的控制狀態(tài)。

1 永磁同步電機的PMSM的數(shù)學模型

從圖8、圖9對比中可以看出，傳統(tǒng)PID控制方式超調(diào)大。當0.2 s負載發(fā)生突變時刻，轉(zhuǎn)速波動較大，恢復時間為0.1 s，相當于5個基波周期。變系數(shù)PID控制輸出轉(zhuǎn)速超調(diào)量小，0.2 s負載發(fā)生波動時，轉(zhuǎn)速波動細微，恢復時間為0.03 s，相當于1.5個基波周期。所以與傳統(tǒng)PID控制方式相比，傳統(tǒng)PID控制波動較大，而變系數(shù)PID波動較小并且恢復到額定轉(zhuǎn)速時間較短。因此變系數(shù)PID控制系統(tǒng)具有更好的抗擾能力和跟蹤能力。

4 結(jié) 語

本文分析了永磁同步電機的數(shù)學模型，將變系數(shù)PID代替了傳統(tǒng)PID控制器，保證了控制參數(shù)的實時變化，增加了永磁同步電機整體的自適應(yīng)能力。最后通過仿真證明，系統(tǒng)具有更強的抗擾性和魯棒性。因此本文可以為永磁同步電機的研究提供參考依據(jù)。

參考文獻

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