PMSM电流环速度环位置环设计与实现中的心得体会

一：电流环参数的调节 1：PMSM传动控制系统中，电机运行速度范围很宽，电流频率范围从零到上百赫兹，要在这么宽的频率范围内准确地检测电机电流，常选用霍尔元件实现电机电流的检测。霍尔检测方法优点：动态响应好，信号传输线性及频带范围宽等优点。为保证电机对称运行，电流三相各反馈信道的反馈系数必须相等，这就要精心选择调理电路组件，仔细调整反馈回路参数。信号调理电路使用模拟放大器时，放大器的零漂是影响电机低速运行性能的主要因素，要仔细调整放大器，将零点漂移控制在10mv以内。2：PMSM调速系统需要电机有很宽的调速范围，达到104 ：1 以上，要在这么宽的速度范围内检测出电机的速度，以实现调速系统的控制确实是个很重要的问题。尽管T法在低速时有很好的测速精度，但研究调速系统控制的论文极少见使用(T或M/T)法测速的，基本上都是采用M法测速。实际上，当电机处于极低转速时，电机能否稳定运行不仅仅取决于位置传感器及其所送来的脉冲信号，还有速度调节器的作用，以及电流环与电机转子惯性环节的影响，所以，M法仍可用于低速范围内电机速度的检测与反馈。3：电流调节器参数对电流环的动态响应具有决定性影响。电流调节器比例系数越大，电流阶跃跟踪响应速度越快，响应的超调越大，振荡次数越多。电流调节器的积分系数越大，电流阶跃跟踪响应的稳态误差越小，但太大会引起电流环振荡。PMSM调速控制系统的电流环控制对象为PWM逆变器、电机电枢绕组、电流检测环节组成。在实际系统运行过程中，电流环的相应受电机反电势的影响，电流环动态响应不好，为提高永磁同步电机调速系统电流环动态响应性能，抑制反电动势对电流环的影响，在实际系统电流调节器制作时，比例和积分系数均做了调整，增大比例系数，减小积分时间常数。电流环响应若不加微分负反馈环节，电流环动态响应将会出现振荡与超调。然而实际应用中，通常不加微分反馈环节，因为微分极易引起系统的振荡。而且按照电流环I型系统的校正原则，采用PI控制才能实现电流环系统的稳定性和高动态响应。二、速度环参数的调节采用II型系统设计的速度环，实际应用中，在速度阶跃过程中，速度调节器会出现饱和，系统的实际运行情况和设计时所采用的线性对象具有很大的差别，调节器设计时的初始条件和实际系统退饱和后调节器参与调节时的初始条件有很大差别。因此按照II型系统设计的速度环需要作很大的调整才能满足实际系统的需要。但该设计方法关于调节器的形式选择仍然适用。从自动控制原理可知，调速控制系统的速度超调是使用PI调节器并要求有快速响应的必然结果，原因是速度调节器要退出饱和，参与调解。随着速度调节器输出限幅的增加，速度响应加快，到达指定速度时的振荡程度增加。输出限幅数值决定电机在动态过程中加速力矩的大小，影响电机在加减速过程中的加速度，影响调速系统的速度响应过程。输出限幅值要合理设置，应该充分利用电机的过载能力，以提高调速控制系统的速度响应性能。同时，在调速控制系统中可设置速度微分负反馈（肖老师建议速度环一般不要加前馈），可以抑制速度响应的超调。三：位置环永磁同步电机控制系统的位置环按典型I型系统设计，目的是不希望控制系统出现位置响应超调。按照永磁同步电机控制系统位置环的设计分析，位置调节器为比例调节器。当系统设定位置给定时，位置调节器输出有限幅，该限幅值对应控制系统电机所允许的速度限幅。随着电机轴转动惯量的增加，位置环为获得最优的位置响应，位置调节器比例系数将成比例的减少。工程设计中，将速度闭环用等效一阶惯性环节来代替，由此实现位置环的工程设计。控制系统对象转动惯量恒定，通过调整调节器比例放大系数，可使系统位置环获得优异的响应性能。四：电机的一些参数意义1：过载系数、功率密度通常讲电机的过载能力其场合为：有变频器或伺服驱动器拖动的同步或异步电机。记得有一个客户要求电机具有8倍的过载（同步伺服电机），竟然有一个厂家说他们能做。哎有些参数瞎说是会害死人的。8倍过载能不能做，当然能，但是没有意义，只是文字上的游戏而已。一个电机设计和制造的水平高低，有一个参数就是功率密度，就是电机的体积和质量与功率的比值（或者只说质量吧）这个值如果能做上去，那就是高水平的电机，通常来讲，这个值的范围对不同的电机厂家来讲，差异不会很大，如果真的能做点高的话，恭喜你，你发大财了，那就是电机行业的重大突破。回过头来，我们再看看过载能力到底是什么， 所谓的过载能力就是电机的最大扭矩与额定扭矩的比值。当一个电机被制造出来以后，他的最大扭矩这个值就被确定了，基本上是不能有很大变化的，这个就是上边所讲的功率密度所决定的，当然，你要是和我较真的话，我还得把变频器的参数考虑进来，不同的变频器控制下，这个值也稍有变化。但是另一个参数额定扭矩就不是确定的了，它是与电机冷却方式密切相关的，自然冷却的额定扭矩强制风冷的额定扭矩水冷（或油冷）的额定扭矩。那么这三种方式那个过载能力高呢，当然是自然冷却的高了， 但那个电机最贵的，水冷（或油冷）方式的了。如果有人告诉你他的电机的过载系数很高，你要先问他一下电机的最大扭矩，然后问他一下电机的重量。拿这两个参数和别的电机比一下，呵呵，如果这两个参数相接近的两个电机，过载系数高的那个电机的冷却就是做的很差的那个。目前，市场上的同步伺服电机的过载系数一般是3-4倍，siemens1ft7系列是4倍，1ft6和1fk7一般是3倍。 异步伺服电机一般为2-3倍（3倍的比较少）。大功率的同步伺服电机siemens的1fw3 系列大致是1.8-2倍。西门子的电机在整个电机行业中的水平还算是比较高的（不包含那些特殊定制的电机奥）。至于普通的异步电机，这个参数通常不是特别重要。五：永磁同步电机控制系统电流环相应性能分析（1） 电流环电流环控制对象为PWM逆变器、电机电枢回路，两者均可以看成一阶惯性环节，其惯性时间常数影响电流环的动态响应速度。调节器的参数也影响电流环响应过程。这三个因素都处于环内位置，低速时，通过电流调节器的调节，可以基本消除电机反电势对电流环的影响，电流跟随性能好，控制特性好。高速时，电流反电势变大，它的存在使外加至电机电枢绕组的净电压减小，影响电流环的动态调节，电枢电流跟随性能变差。将导致实际电流和给定电