[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

说明书

本发明公开了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。传统伺服系统的位置控制器如果只采用纯比例控制，不能兼顾系统的响应速度和稳定裕度，且对斜坡等输入信号不能实现无差跟踪。通过分析位置伺服系统的传递函数，设计了一种新型前馈反馈复合控制器。该复合控制器重构了系统的误差传递函数，使系统能够准确跟踪给定信号，提高了伺服系统的跟踪性能和稳定性。为进一步提升电流环动态性能，在电流环添加反电动势前馈补偿，用于减小反电动势对电流响应的影响。对比只采用比例的位置控制器，该控制方法提高了双三相永磁同步电机位置伺服系统的动态性能和跟踪精度。

技术领域

本发明涉及双三相永磁同步电机位置伺服控制领域，适用于船舶舰艇、航空航天、雷达跟踪等控制精度要求高、跟踪速度快以及不便直接安装编码器的情况。

背景技术

双三相永磁同步电机具有功率密度大、转矩脉动小、可靠性高等优点，可广泛应用于船舶舰艇、航空航天、电动汽车等场合。基于双三相电机构建的位置伺服系统，可实现大转矩和高控制精度，尤其适合应用在无人作战车、自行火炮等国防装备中。但是，传统伺服系统的位置控制器如果只采用纯比例控制，不能兼顾系统的响应速度和稳定裕度，且对斜坡等输入信号不能实现无差跟踪。上述应用领域需要电机转子做高精度往返运动，因此，设计一种能快速响应且可以跟踪斜坡、三角波输入的位置伺服控制器至关重要。

前馈反馈复合控制器结构简单、易于实现，能够避免调节参数过多、控制结构复杂等问题。其次，在数字系统中复合控制器的离散化也较为容易，便于工程应用。通过分析位置伺服系统的传递函数，来设计复合控制器，该复合控制器重构了系统的误差传递函数，使系统能够准确跟踪给定信号，提高了伺服系统的跟踪性能和稳定性。

另一方面，在某些电机应用场合其转子轴径较大，要实现位置伺服控制，按照传统方法需要安装编码器对转子的转速和位置进行测量，但是大轴径往往不能直接对编码器进行安装，需要增加齿轮系统进行转接，机械齿轮会造成过大的测量误差，以及机械结构的故障率高。旋转变压器可以直接安装在大轴径的转子上，简化了机械结构、减小了安装空间还提高了测量系统的可靠性和测量精度。

发明内容

本发明针对伺服系统中位置控制器只采用纯比例控制，不能兼顾系统的响应速度和稳定裕度，且对斜坡等输入信号不能实现无差跟踪的问题。通过分析位置伺服系统的传递函数，设计前馈反馈复合控制器。该复合控制器重构了系统的误差传递函数，使系统能够准确跟踪给定信号，提高了伺服系统的跟踪性能和稳定性。另外，利用旋转变压器对转子机械位置角进行采样，克服了编码器不能直接安装在大轴径转子上的问题，提高了采样精度降低了故障率。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

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，包括以下步骤：

步骤1：通过旋转变压器获得电机转子的电角度θ_e、械角度θ以及转速ω。将位置控制控制器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：ω*与ω的差值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轴电流的输入参考值i_q*；