[发明专利]一种双三相永磁同步电机位置伺服前馈反馈复合控制方法

权利要求书

1.一种双三相永磁同步电机位置伺服前馈反馈复合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过旋转变压器获得双三相永磁同步电机转子的电角度θ_e、械角度θ以及转速ω，参考机械角度θ_ref与测量的机械角度θ的差值输入位置环比例控制器P，θ_ref同时输入前馈控制器F(s)，将位置环比例控制器P的输出值与前馈控制器F(s)的输出值相加得到速度环的输入参考值ω*；

步骤2，在速度环中，ω*与测量的转速ω作差输入速度环比例积分控制器PI，控制器PI的输出值将作为q轴电流环的输入参考值i_q*；

步骤3，通过A/D采样获得双三相永磁同步电机的六相电流i_a、i_b、i_c、i_x、i_y、i_z的值，通过Clarke和Park变换得到qd轴电流i_d、i_q，以及谐波电流i_z1、i_z2，为了减小铜耗谐波电流控制闭环的给定值设为零；在表贴式永磁同步电机中为了实现最大转矩电流比控制，d轴电流控制闭环的给定值i_d*为零，与测量值i_d作差输入d轴PI控制器，q轴电流参考值i_q*与测量值i_q作差输入q轴PI控制器；另外，为了达到更好的电流跟踪效果，根据速度环的给定速度ω*对反电动势进行前馈补偿，q轴电流环的最终输出值为补偿量与谐波电流PI控制器输出值之和；

步骤4，对步骤3中的d轴PI控制器、q轴PI控制器和谐波电流PI控制器的输出值进行反Clarke变换，可以得到αβ平面的电压值u_α1、u_β1、u_α2、u_β2，输入SVPWM模块可以得到控制六相逆变器的占空比，从而对电机实现闭环控制。

2.根据权利要求1所述的双三相永磁同步电机位置伺服前馈反馈复合控制方法，其特征在于：所述步骤1中，通过设计速度控制器的参数，使速度环的阶跃响应无超调，近似认为速度环等效为惯性环节，可得速度环的闭环传递函数：

其中，T_s为速度环时间常数，对速度进行积分可得转子的机械位置，位置误差为E_err(s)＝θ_ref(s)-θ(s)，K_θ为位置环比例控制器增益，可得误差E_err(s)对输入信号θ_ref(s)的传递函数为：

3.根据权利要求2所述的双三相永磁同步电机位置伺服前馈反馈复合控制方法，其特征在于：所述步骤1还包括：当系统输出能够完全复现输入指令，即系统可以零误差的跟踪输入，此时误差传递函数为零，可得理想情况下前馈控制器F(s)传递函数：

F(s)＝s(T_ss+1)

在微分环节添加滤波器，以减缓补偿量的幅值，使系统能够有效的响应，设计的实际前馈控制器传递函数为：

其中，λ₁、λ₂为设计变量，T_f为滤波器时间常数参考位置环的阶跃响应时间进行设计，得到误差传递函数：

由终值定理得稳态误差为：

当θ_ref(s)为斜坡信号时，即θ_ref(s)＝1/s²，带入上式可得稳态误差：

当λ₁＝1时，ε＝0，此时位置伺服系统可以无差跟踪斜坡输入，在实际系统中各个闭环存在滤波环节，以及在分析速度环外环特性时，将速度环近似等效为惯性环节，所以实际的λ₁值小于1。