基于模糊pi控制的pmsm位置伺服系統仿真
王翔，馬瑞卿，吉攀攀
（西北工業大學自動化學院，西安710072）
摘要：本文在分析了永磁同步電機(pmsm)數學模型的基礎上，在matlab的simulink環境下構建了隱極式永磁同步電機位置伺服系統的仿真模型。控制系統采用經典的三閉環結構，其中電流環采用i=0的矢量控制策略，速度環采用pi控制，位置環采用模糊pi自適應控制，自適應控制通過matlab軟件編程。文中給出了系統各模塊仿真模型的建立方法，并針對工程系統實際參數，進行了負載突加突卸時位置、速度和轉矩瞬態過程仿真與分析。結果表明，該系統抗干擾性好，能快速準確地跟蹤位置及轉速給定。
關鍵詞：永磁同步電機；矢量控制；模糊控制；建模；仿真
中國分類號：tm351；tm341 文獻標志碼：a 文章編號：i001-6848(2010)-03-0052-04
0引 言
永磁同步電機( pmsm)因具有高效率、高控制精度、高轉短密度、寬廣的調速范圍以及良好的轉矩平穩性等一系列優點，在交流伺服控制系統中占有重要的地位，近年來隨著稀土永磁材料、電力電子技術、微機技術及矢量控制技術的發展，永磁同步電機在國防、工業、民用的各個領域得到了越來越廣泛的應用，如火炮瞄準、數控機床、電動汽車、電梯等。由于同步電機矢量控制的復雜性和較高的成本，所以建立永磁同步電機的仿真模型，對電機性能和系統控制參數的研究具有重要的意義。
針對某實際系統參數，仿真了pmsm恒轉矩起動、突加突卸負載等情況，結果表明，該伺服系統響應速度快，跟蹤精度高，并有較強的抗干擾性。
1永磁同步電機的數學模型
以三相星形180度通電模式為例來分析永磁同步電機的數學模型、電磁轉矩等特性。為了便于分析，假定：
a電機三相繞組完全對稱且在定子內表面均勻連續分布；
b．定轉子表面光滑，無齒槽效應；
c定轉子每相氣隙磁動勢在空間呈正弦分布；
d忽略磁飽和、渦流及鐵心損耗。
電機采用轉子表面安裝( spm)永磁體結構電機系統在d-q坐標系下的數學模型為[3，4]
2仿真模型的建立
根據pmsm數學模型，在simulink環境中建立基于模糊pi自適應控制的永磁同步電機伺服系統的仿真模型如圖1所示。
三閉環位置伺服控制系統中，電流環采用可靠的屯=0控制法，可實現****轉矩電流比[5]；速度環采用限幅pi控制，既能較好地實現轉速調節，又能將電流大小控制在要求的范圍內；位置的精確控制是位置伺服系統所要達到的最終目的，所以要求位置信號要快、準、穩地跟蹤給定，為了保證位置信號能達到上述要求，系統采用模糊pi自適應控制，綜合了智能控制和經典pi控制的優點。根據實際位置與給定位置的誤差及誤差的微分，采用模糊邏輯推理的方法來實時整定pi參數，既能使位置信號快速、準確、穩定地跟蹤給定，又能提高系統的魯棒性。
2.1位置模糊pi控制模塊
模糊控制模塊采用simulink內嵌的可編程模塊，通過matlab編程來實現。這種編程實現與直接采用simulink中現成的模糊控制模塊相比，具有自由度大、方便等優點。其模塊內部程序代碼為：
2.2轉速pi調節模塊
轉速調節采用限幅pi控制，如圖3所示。saturation模塊即為限幅模塊，其輸入輸出在模塊參數的設定范圍內是相等的，但當輸入的值超過參數設定的范圍時，輸出就會保持在一個恒定的值從而呈現飽和狀態。saturation模塊前面為普通pi控制，其中模塊cain為比例系數，gainl |
