永磁同步电机电流环性能提升策略研究

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永磁同步电机(PMSM)以其效率高、输出转矩大、可靠性强的特点得到广泛应用。随着高精度数控机床、机器人等行业的蓬勃发展,对于PMSM的控制性能要求也越来越高。为了获得高性能的永磁同步电机伺服驱动器,提升永磁同步电机电流环动态响应是首要任务,本文就是以此为出发点展开。  本文首先分析了目前制约永磁同步电机电流环性能的主要因素,然后在此基础上针对电流采样和电流解耦反电动势补偿提出相应的改进策略。针对电流采样问题,介绍了基于过采样技术的∑-Δ调制器原理和数字滤波器的设计方法,并对比常用的逐次比较(SAR)型电流采样方法,分析了∑-Δ采样的优势和不足。结合电机控制中的应用特点,从延时规避、谐波消除、复杂算法应用三个方面提出优化策略,增强∑-Δ采样在电机控制中的适用性。针对永磁同步电机矢量控制方案中电流环存在的电流动态耦合以及反电动势的问题,提出一种基于改进准滑模观测器(SMO)的解耦补偿方案。通过设计特殊PI调节器作为等效控制率,改进了滑模变结构控制中的抖振和静差问题,并通过理论推导证明了方法的有效性、稳定性和鲁棒性,同时给出了相关参数的设计方法。最后通过仿真进行了验证。  为了验证本文所提出的改进策略的有效性和实用性,搭建了物理实验平台,设计了系统的软硬件。实验结果表明:∑-Δ采样方法相比于SAR型采样可以有效地去除采样中的电流谐波,获得更好的采样效果;基于改进准滑模观测器的解耦补偿方法可以有效地提升电机电流环动态响应,实现电流解耦和反电动势补偿,且对电机运行过程中的参数变化具有较强的鲁棒性。
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