基于模糊pi控制的永磁同步直線電機
矢量控制系統研究
王興貴，孫宗宇，王言徐
（蘭州理工大學電氣工程與信息工程學院，蘭州730050）
摘要：文章將模糊控制與傳統的pid技術相結合，設計出可以實現pi參數自調整的模糊pi控制器，代替傳統的pi速度控制器。利用matlab/simd/nk對永磁同步直線電機及其矢量控制系統建模、仿真。仿真和實驗結果表明，采用模糊pi控制具有更好的動態響應性能，能有效的抑制暫態和穩態下的推力脈動，對于負載擾動具有較強的魯棒性。
關鍵詞：永磁同步直線電機；矢量控制；模糊pi控制
中圖分類號：tm351；tm341; tm359.4 文獻標志碼：a 文章編號：
0引 言
永磁同步直線電機在推力、動態性能、定位精度方面比其它直線電機更具優越性，因而pmlsm越來越多的用于直線伺服系統中[1-2]。但由于永磁同步直線電機存在參數攝動、負載擾動等問題，因此，采用傳統pi速度控制器的矢量控制系統很難滿足高精度伺服系統的要求。本文采用磁場定向控制，將模糊控制與傳統的pid技術相結合，設計出可以實現pi參數自調整的模糊pi控制器，并利用matlab/simulink建立了電機和控制系統的仿真模型。對該系統進行仿真，獲得了良好的控制性能，為實現高性能的直線伺服系統奠定了基礎。
1 pmlsm的數學模型
為簡化分析，作如下假設：
①忽略鐵芯飽和及溫度對電機參數的影響；
②不計渦流損耗和磁滯損耗；
③不考慮邊端效應；
④不考慮溫度等因素對永磁材料的影響，認為永磁體磁場恒定。
根據文獻可推導出永磁同步直線電機在d-q坐標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為永磁同步直線電機平移速度折算成的旋轉電機角速度，w=(π/τ)v；v為平移速度；τ為磁極中心距；
由式(1)，可導出其推力方程為：
電機的機械運動方程為：
式中，fe為電磁推力；fl為負載阻力；bv為粘性摩擦系數；m為運動部分質量，m=mr+ml；mr為動子的質量；ml為動子帶動的負載質量；
由式(1) -式(4)構成了永磁同步直線電機d-q坐標系下的電機模型。
2 pmlsm的磁場定向矢量控制
由式(3)可知永磁同步電機的推力與q電流成正比。為了得到線性方程及產生最有效的推力，采用id恒等于o的磁場定向控制方式。則式(3)變為：
此時，推力僅與初級q軸電流的大小有關，只要通過傳感器將次級位置（d軸）測出，使三相初級電流的合成矢量位于q軸，這就實現了電機的解耦。id恒等于0時的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#，再通過坐標變換得到三相電流給定ia，ib，ic。由于永磁同步直線電機多采用y型連接，因此，只要反饋兩相電流即可，另一項電流可由三相電流之和為零來確定。本系坑只反饋了ia和ib進入電流控制器。電流控制器通過電流滯環控制方式得到控制信號。
3模糊pi控制器的設計
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