基于變系數PID永磁同步電機的研究

摘 要： 介紹了永磁同步電機（PMSM）在d?q坐標系下的數學模型。針對永磁同步電機傳統PID系數固定不變的缺陷，采用變系數PID控制方式，根據模糊控制規則實時調整PID控制器的系數，來增強永磁同步電機整體的抗干擾能力，內環采用PI控制，實時跟蹤電流變化，提高系統跟蹤性能。使用Matlab/Simulink建立仿真模型并進行了仿真實驗，仿真結果表明，變系數PID控制方式比傳統PID控制方式有更好的抗干擾能力和跟蹤能力，為實際應用提供了參考。

關鍵詞： 永磁同步電機； 變系數PID； 模糊規則； 抗干擾能力

中圖分類號： TN919.3+4?34； TM341 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）18?0127?03

Abstract： The mathematical model of permanent magnet synchronous motor （PMSM） in d?q coordinate system is introduced. To overcome the defect of fixed PID coefficients of PMSM， the variable?coefficient PID control method is used to adjust the coefficients of PID controller in real time according to the fuzzy rules， so as to enhance the entire anti?interference ability of PMSM. The PI control is adopted in the inner loop of the controller to track the change of current in real time， and improve the system tracking performance. The simulation model was established with Matlab/Simulink. The simulation results show that the variable?coefficient PID control method is superior to the traditional PID control method in the aspects of anti?interference and tracking abilities.

Keywords： permanent magnetic synchronous motor； variable?coefficient PID； fuzzy rule； anti?interference ability

隨著電力電子技術、軟件工程的發展和現代永磁材料性能的不斷提高，永磁同步電機（PMSM）在煤礦傳動系統中已經成為研究的熱點[1]。傳統控制方式的PID控制是由精確的數學模型計算得來的，但由于外界因素使得永磁同步電機為非線性系統，因此傳統的PID控制難以滿足要求[2]。智能控制是一種無需或盡可能減少人為干預，使系統能夠獨立地驅動智能機器實現對目標的自動控制，用來解決傳統控制難以解決的復雜系統的控制方式[3?5]。考慮到雙閉環主要性能由外環決定，將速度外環改為變系數PID控制，利用模糊規則實時調整PID控制器中的兩個參數[6?7]，滿足系統的動態性能和靜態性能，使PMSM系統達到最優的控制狀態。

1 永磁同步電機的PMSM的數學模型

從圖8、圖9對比中可以看出，傳統PID控制方式超調大。當0.2 s負載發生突變時刻，轉速波動較大，恢復時間為0.1 s，相當于5個基波周期。變系數PID控制輸出轉速超調量小，0.2 s負載發生波動時，轉速波動細微，恢復時間為0.03 s，相當于1.5個基波周期。所以與傳統PID控制方式相比，傳統PID控制波動較大，而變系數PID波動較小并且恢復到額定轉速時間較短。因此變系數PID控制系統具有更好的抗擾能力和跟蹤能力。

4 結 語

本文分析了永磁同步電機的數學模型，將變系數PID代替了傳統PID控制器，保證了控制參數的實時變化，增加了永磁同步電機整體的自適應能力。最后通過仿真證明，系統具有更強的抗擾性和魯棒性。因此本文可以為永磁同步電機的研究提供參考依據。

參考文獻

[1] 蘇國慶，葛紅娟，劉伯華.MC?PMSM矢量控制系統調制策略比較[J].電機與控制學報，2007，11（6）：609?614.

[2] 張洪帥，王平，韓邦成.基于模糊PI模型參考自適應的高速永磁同步電機轉子位置檢測[J].中國電機工程學報，2014，34（12）：1889?1896.

[3] 辛斌，陳杰，彭志紅.智能優化控制：概述與展望[J].自動化學報，2013，39（11）：1831?1848.

[4] 魯文其，胡育文，梁驕雁，等.永磁同步電機伺服系統抗擾動自適應控制[J].中國電機工程學報，2011，31（3）：75?81.

[5] 周紅梅.礦用永磁無刷直流電機控制技術研究[J].煤炭技術，2014，33（10）：225?227.

[6] 王述彥，師宇，馮忠緒.基于模糊PID控制器的控制方法研究[J].機械科學與技術，2011，30（1）：166?172.

[7] 朱潁合，薛凌云，黃偉.基于自組織調整因子的模糊PID控制器設計[J].系統仿真學報，2011，23（12）：2732?2737.