PMSM伺服系统控制器参数自整定及优化

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交流永磁同步电机(PMSM)伺服驱动器在工业现场应用时,控制器参数的人工手动调整过于繁琐、并且控制效果也无法保证。针对这一问题,本文提出一整套PMSM伺服驱动器参数自整定及优化的方法,设计了两种全新的转动惯量辨识方法,又分别采用间接法和直接法设计出转矩控制器和速度控制器PI参数的整定公式,针对速度控制器PI参数直接按整定公式配置后的控制效果不能完全保证最优的问题,本文又提出一种全新的速度控制器PI参数控制效果评价以及相应的微调优化方法。  本文提出的PMSM伺服驱动器参数自整定方法属于一种基于对象参数模型的整定方法,在参数整定之前需要辨识永磁电机和负载总的转动惯量,并相应自动配置合适的速度控制器PI参数,最后经过参数的微调优化过程使伺服系统具有优越的动态和稳态响应特性,整个过程无须工作人员参与,快捷方便。本文对PMSM伺服驱动器速度控制器参数自整定进行了深入的研究,虽然本文是基于交流永磁系统进行阐述的,但是本文所提出的参数自整定理论也适用于交流异步电机等系统。  本文分别提出基于三角波速度指令转动惯量辨识和基于正弦波位置指令转动惯量辨识方法,与另外一种基于恒定转矩指令的转动惯量辨识相比,这两种方法具有易于实现、测量结果准确、辨识过程电机旋转的行程短和抗干扰和噪声能力强等优点。  本文提出三个可以衡量PI参数控制效果优劣的评价公式,在通过PI参数整定公式计算得到初步PI参数后,不再是以传统的速度阶跃响应曲线的阻尼、峰值、振荡时间等作为PI参数优化的标准,而是使电机速度按照三角波曲线运动,在运动过程中以评价公式的计算结果E作为衡量控制效果的量化标准,以缩小E值作为改变PI参数的目标,在初步参数整定的基础上不断对PI参数进行微调,使系统获得更优越的静态和动态控制性能。  最后通过大量的实验验证了本文所提出的PMSM伺服系统参数自整定及优化的通用性、稳定性和有效性,并且本方法已经在公司产品中得到实用化。
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