永磁同步电机伺服系统的PID控制器优化设计文献综述

 2021-11-04 21:03:29

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文献综述一、永磁同步电机概述永磁同步电机在工作原理上和普通的电励磁三相同步电机是相似的,定子内有线圈绕组,通电后可产生励磁磁场,转子内的永磁体在励磁磁场的作用带动转子转动。

根据转子结构来分类的话,可将永磁同步电机分为表贴式和内置式两类,表贴式永磁同步电机将瓦片状的永磁体安装在转子的表面,本质是一种隐极式电机;内置式永磁同步电机将永磁体安装在转子的内部,本质是一种凸极式电机。

由于永磁同步电机是一个多变量、非线性、强耦合的控制对象,故在建立数学模型上运用坐标变换,实现电机数学模型的解耦,这将有利于我们对其进行分析和计算。

首先,在永磁同步电机的数学建模中,常用的有三种坐标系:ABC三相静止坐标系、 两相静止坐标系和 两相旋转坐标系。

为了简化数学模型,我们在建立坐标系时需要作一些合理假设:(1)忽略电机铁心饱和(2)忽略电机绕组漏感(3)转子上无阻尼绕组(4)永磁材料电导率为零(5)不计涡流和磁滞损耗,认为磁路是线性的(6)定子相绕组的感应电动势为正弦型的,且忽略磁场高次谐波在将坐标变换为 坐标系之后,永磁同步电机的磁链方程、电压方程、转矩方程以及机械运动方程可表示如下: 其中, 和 为定子磁链的d、q轴分量; 和 为定子电流的d、q轴分量; 和 为定子磁链绕组的直轴电感和交轴电感; 为转子永磁体磁链; 和 为定子电压的d、q轴分量; 为定子绕组相电阻; 为转子点角速度; 为电磁转矩; 为 为转矩系数; 为电机极对数; 为转子机械角速度; 为转动惯量; 为负载转矩; 为粘滞系数。

永磁同步电机在一开始的时期使用的是 恒定的开环控制,这样就可以手动进行简易的电机转速调节,但由于没有转速反馈,控制精度很大程度上依靠操作人员的熟练程度,导致控制精度较低,现一般用于对控制精度要求不高的工作场合。

目前较为常用的两种控制方式为矢量控制和直接转矩控制。

其中矢量控制在永磁同步电机 坐标系下能够实现磁场电流分量和转矩电流分量的完全解耦,由此获得与直流电机类似的调速性能。

二、GA和PSO控制算法简述尽管控制技术发展了这么多年,但PID控制仍然是最为主流的控制算法。

PID控制器由于其算法简单、鲁棒性强,被应用在各种各样的工业生产过程中,但随着科学技术的不断发展,人们对控制性能的要求越来越高,普通的PID控制已经不能满足人们的实际需求,于是就出现了许多更为先进的控制算法,它们都在不同方面表现出比普通PID控制算法更优异的性能,例如鲁棒控制、自适应控制、模糊控制、智能控制、先进控制等等,各类控制理论中有细分有多种控制算法。

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