基于模糊pi控制的永磁同步直線(xiàn)電機(jī)
矢量控制系統(tǒng)研究
王興貴，孫宗宇，王言徐
（蘭州理工大學(xué)電氣工程與信息工程學(xué)院，蘭州730050）
摘要：文章將模糊控制與傳統(tǒng)的pid技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出可以實(shí)現(xiàn)pi參數(shù)自調(diào)整的模糊pi控制器，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的pi速度控制器。利用matlab/simd/nk對(duì)永磁同步直線(xiàn)電機(jī)及其矢量控制系統(tǒng)建模、仿真。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用模糊pi控制具有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，能有效的抑制暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)下的推力脈動(dòng)，對(duì)于負(fù)載擾動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性。
關(guān)鍵詞：永磁同步直線(xiàn)電機(jī)；矢量控制；模糊pi控制
中圖分類(lèi)號(hào)：tm351；tm341; tm359.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：
0引 言
永磁同步直線(xiàn)電機(jī)在推力、動(dòng)態(tài)性能、定位精度方面比其它直線(xiàn)電機(jī)更具優(yōu)越性，因而pmlsm越來(lái)越多的用于直線(xiàn)伺服系統(tǒng)中[1-2]。但由于永磁同步直線(xiàn)電機(jī)存在參數(shù)攝動(dòng)、負(fù)載擾動(dòng)等問(wèn)題，因此，采用傳統(tǒng)pi速度控制器的矢量控制系統(tǒng)很難滿(mǎn)足高精度伺服系統(tǒng)的要求。本文采用磁場(chǎng)定向控制，將模糊控制與傳統(tǒng)的pid技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出可以實(shí)現(xiàn)pi參數(shù)自調(diào)整的模糊pi控制器，并利用matlab/simulink建立了電機(jī)和控制系統(tǒng)的仿真模型。對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真，獲得了良好的控制性能，為實(shí)現(xiàn)高性能的直線(xiàn)伺服系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
1 pmlsm的數(shù)學(xué)模型
為簡(jiǎn)化分析，作如下假設(shè)：
①忽略鐵芯飽和及溫度對(duì)電機(jī)參數(shù)的影響；
②不計(jì)渦流損耗和磁滯損耗；
③不考慮邊端效應(yīng)；
④不考慮溫度等因素對(duì)永磁材料的影響，認(rèn)為永磁體磁場(chǎng)恒定。
根據(jù)文獻(xiàn)可推導(dǎo)出永磁同步直線(xiàn)電機(jī)在d-q坐標(biāo)系下的電壓和磁鏈方程，其方程分別為：
電壓方程：
式ψd、ψq為d、g軸磁鏈；ld、lq為d、q軸電感；ψi為永磁體等效磁鏈；r為每相繞組電阻；m為永磁同步直線(xiàn)電機(jī)平移速度折算成的旋轉(zhuǎn)電機(jī)角速度，w=(π/τ)v；v為平移速度；τ為磁極中心距；
由式(1)，可導(dǎo)出其推力方程為：
電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為：
式中，fe為電磁推力；fl為負(fù)載阻力；bv為粘性摩擦系數(shù)；m為運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量，m=mr+ml；mr為動(dòng)子的質(zhì)量；ml為動(dòng)子帶動(dòng)的負(fù)載質(zhì)量；
由式(1) -式(4)構(gòu)成了永磁同步直線(xiàn)電機(jī)d-q坐標(biāo)系下的電機(jī)模型。
2 pmlsm的磁場(chǎng)定向矢量控制
由式(3)可知永磁同步電機(jī)的推力與q電流成正比。為了得到線(xiàn)性方程及產(chǎn)生最有效的推力，采用id恒等于o的磁場(chǎng)定向控制方式。則式(3)變?yōu)椋?/div>
此時(shí)，推力僅與初級(jí)q軸電流的大小有關(guān)，只要通過(guò)傳感器將次級(jí)位置（d軸）測(cè)出，使三相初級(jí)電流的合成矢量位于q軸，這就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的解耦。id恒等于0時(shí)的pmlsm矢量控制原理圖如圖1所示。圖中v為給定速度，為速度反饋，將兩者之差輸入速度控制器，就可以得到交軸電流給定#，再通過(guò)坐標(biāo)變換得到三相電流給定ia，ib，ic。由于永磁同步直線(xiàn)電機(jī)多采用y型連接，因此，只要反饋兩相電流即可，另一項(xiàng)電流可由三相電流之和為零來(lái)確定。本系坑只反饋了ia和ib進(jìn)入電流控制器。電流控制器通過(guò)電流滯環(huán)控制方式得到控制信號(hào)。
3模糊pi控制器的設(shè)計(jì)
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