永磁交流伺服電機模型是強耦合,時變的非線性系統。優良的控制策略不但可以彌補硬體設計方面的不足,通過控制策略可以進一步提高系統的效能,不但使系統具有快速的動態響應和高的動、靜態精度,而且系統要對引數的變化和擾動具有不敏感性。
控制策略有:
1.(傳統控制策略)轉速開環恆壓頻比控制、經典pid控制、磁場定向控制(向量控制)
2.(現代控制策略)直接轉矩控制、滑膜變結構控制、自適應控制、非線性反饋線性化控制
3.(智慧型控制策略)模糊控制、神經網路控制、專家系統控制、魯棒性控制、遺傳演算法控制
1.1轉速開環恆壓頻比控制
帶定子壓降補償的恆壓頻比控制保證了同步電機氣隙磁通恆定,調節頻率給定實現同
步改變電機的轉速。此控制策略為開環控制,只控制電機氣隙磁通,不能調節轉距,容易產生轉子振盪和失步等問題。
1.2經典pid控制
pid控制器是利用比例、積分、微分對系統的誤差進行計算得出控制量從而對被控物件進行控制。pid控制器是目前應用最為廣泛的調節器,具有結構簡單、穩定性好、工作可靠、調節方便等優點,但三環pid調節控制方式仍然存在問題,如調節器引數整定反訴且誤差較大,對系統模型及引數的依賴性較強等。
1.3磁場定向控制(向量控制)
向量控制是建立在被控物件準確的數學模型上,使交流電機控制由外部巨集觀穩態控制深入到電機內部電磁過程的瞬態控制,向量控制是通過座標變換將交流電機內部複雜耦合非線性變數變換為相對座標係為靜止的直流變數(電流、磁鏈、電壓等),實現近似解耦控制,並從中找到約束條件,獲得某一目標的最佳控制策略,i_d=0控制是向量控制的一種特定的控制策略,在轉子座標系內實現永磁同步電機交直軸電流解耦,由於i_d、i_q雙電流閉環的存在,使電機i_q電流動態跟隨系統力矩給定(t_e=k_t i_q,k_t為電機力矩係數),實現電機電磁力矩控制。該控制策略使電機系統具有較好的輸出力矩線性度,並可獲得最大線性轉矩。同時由於全部電流均用來產生電磁力矩,可以充分利用電機過載能力,提高電機啟、制動速度等效能。
傳統控制策略多用於被控物件模型確定、不變化且為線性、以及操作條件,執行環境確定不變的條件下,而在高效能要求的場合下,必須考慮各種非線性的影響,物件的結構與引數
變化、執行環境的改變以及環境干擾等時變和不確定因素,從而產生了現代控制策略。
2.1直接轉矩控制
其控制策略是基於被控物件精確的數學模型,但與向量控制不同,它直接在定子座標系下分析交流電動機的數學模型,無需複雜的座標變換,採用定子磁場定向,無需解耦電流,轉矩和磁鏈都採用直接反饋的雙式砰砰控制,避免將定子電流分解成轉矩和勵磁分量,直接對逆變器的開關狀態進行最佳控制,著眼於轉矩的快速響應,以獲得轉矩的高動態效能。直接轉矩控制採用磁鏈滯環,電機轉矩存在脈動,直接影響電機執行的平穩性。直接轉矩控制需要觀測磁鏈和轉矩,低速情況下準確性很差,致使電機低速執行效能差,電機調速範圍小。
2.2滑膜變結構控制
自適應被控物件特性的變化、漂移和環境干擾對系統的影響而提出來的,或者當被控過程的引數了解不多或者這些引數在正常執行期間有變化,特別是存在緩慢的變化因素時,通過尋求某些效能指標最優來完成對被控物件的調節。
2.4非線性反饋線性化控制
反饋線性化是一種非線性控制設計方法,其核心思想就是把乙個非線性系統代數轉化為乙個線性系統,反饋線性化並不是通過系統的線性逼近而是通過狀態變換和反饋得到的。在精確反饋線性化控制方法的基礎上,建立永磁同步電動機的線性化控制模型,採用反饋線性化控制後,能夠實現d,q軸的解耦控制,電流跟蹤效能好,力矩響應快,且速度階躍響應能漸進收斂給定值,無靜差,超調小和過渡過程端等優點。
經典的或現代的控制策略都依賴於電機的數學模型,不能從根本上解決複雜和不確定系統的控制問題,智慧型控制策略具有非線性的特性,能夠解決控制物件、環境和任務更為複雜的系統。智慧型控制擺脫了對被控物件模型的依賴,只按實際效果進行控制,在控制中結局系統的不確定性和不精確性問題。其中模糊控制和神經網路控制策略在永磁同步電機伺服系統應用中較為成熟。
單一的控制策略很難得到理想的控制效果,研究各種控制策略互相滲透和復合可以更好的提高伺服系統的控制效能,目前復合控制策略有兩種形式:
1.在經典pid控制策略的基礎上採用新型的控制策略:如模糊pid控制、神經網路pid控制、專家系統pid控制、
2.採用兩種以上的新型控制策略:如模糊神經網路控制、自適應模糊控制,模糊直接轉矩控制、直接轉矩滑膜變結構控制等
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