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中图分类号:TM 341 TM 351 文献标志码:A 文章编号:1001-6848(2008)04-0069-05永磁同步电动机控制策略及应用研究综述张宏宇,闫 镔,陆利忠(信息工程大学,郑州 450002)摘 要:分别阐述了经典控制策略、现代控制策略、智能控制策略和复合控制策略的原理及其在永磁同步电机伺服系统中的应用,分析了各种控制策略的优缺点,展望了发展趋势。
关键词:永磁同步电动机;控制策略;智能控制;发展趋势Control Strategy and Application R evie w of Per m anentM agnet SynchronousM otorZ HANG H ong -yu,YAN B in ,LU L-i zhong(Infor m ati o n Eng i n eer i n g Un i v ersity ,Zhengzhou 450002,China)Abst ract :In th is paper ,the contro l strategy of the per m anent m agnet synchronous m oto r (P M S M )w ere i n tr oduced firstly ,Then the t h eory and app lication of the contro l field of the P M SM servo syste m,respecti v e l y throught the classic contro,l t h e m odern contr o ,l the intelligent con tro l and the co m positi v econtro lw ere explained ,analysed the ir m erits and dra wbacks and gave out the f u ture trends in the con tro lsche m es o f P M S M.K eywords :Per m anent m agnetsynchronous m otor ;Controlstra tegy ;I nte lli g entcontro;lDevelopm en t trend收稿日期:2007-07-24基金项目:河南省自然科学基金项目(061102400)0 引 言永磁同步电动机通常指反电动势为正弦波的永磁无刷同步电机[36]。
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术的研究与实现》篇一一、引言永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种重要的电动传动系统部件，因其具有高效率、高功率密度和良好的调速性能等优点，被广泛应用于工业、汽车、航空航天等领域。
然而，传统的PMSM控制系统通常需要使用位置传感器来获取电机的位置信息，这不仅增加了系统的复杂性和成本，还可能降低系统的可靠性和稳定性。
因此，无位置传感器控制技术成为了近年来研究的热点。
本文旨在研究并实现永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制技术，以提高电机控制系统的性能和可靠性。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机的基本原理是利用永磁体产生的磁场与定子电流产生的磁场相互作用，产生转矩，使电机转动。
PMSM的转子不需要外部供电，具有结构简单、运行可靠等优点。
然而，要实现电机的精确控制，必须准确获取电机的位置和速度信息。
传统的PMSM控制系统通过位置传感器来获取这些信息，但无位置传感器控制技术则通过电机内部的电气信号来估算电机的位置和速度。
三、无位置传感器控制技术无位置传感器控制技术主要通过电机内部的电气信号来估算电机的位置和速度。
常见的无位置传感器控制技术包括基于反电动势法、模型参考自适应法、滑模观测器法等。
本文采用基于反电动势法的无位置传感器控制技术，通过检测电机的反电动势来估算电机的位置和速度。
四、全速度范围无位置传感器控制策略为了实现永磁同步电机全速度范围的无位置传感器控制，需要采用合适的控制策略。
本文采用基于矢量控制的策略，通过实时调整电机的电压和电流来控制电机的位置和速度。
在低速阶段，采用初始位置估算和误差补偿技术来提高位置的估算精度；在高速阶段，则采用反电动势法来准确估算电机的位置和速度。
此外，还采用了自适应控制技术来应对电机参数变化和外部干扰的影响。
五、实验与结果分析为了验证本文所提出的无位置传感器控制技术的有效性，进行了实验验证。
永磁同步电机自适应模糊控制方法的研究 1 永磁同步电动机自适应模糊控制方法的研究摘要永磁同步电动机由于其结构中掺入了高能量的稀土合金如铆-铁-硼。
与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电机具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率因数高、转矩/惯量比高、转动惯量低、易于散热、易于维护保养等优点因而其应用范围极为广泛，在现代交流电机中也占有举足轻重的地位。
文中首先概要性介绍了交流调速系统的发展，d-q坐标系下永磁同步电动机的数学模型，然后建立了永磁同步电机的矢量控制系统。
当采用传统的PI控制器时，控制器参数与对象匹配的情况下可以取得良好的控制效果。
但是当对象参数发生变化时，PI 参数需要重新整定。
模糊控制具有不依赖于对象的数学模型、鲁棒性强的优点，能够很好地克服系统中模型参数变化和非线性等不确定因素，从而实现系统的高品质控制。
本文将模糊控制与传统PI控制器相结合应用于永磁同步电动机调速控制系统中，设计了基于模糊自适应PI控制器，用MATLAB\SIMULINK进行了仿真，仿真结果表明，这种复合的模糊自适应PI控制器较单一的传统PI控制器能够获得较好的控制效果。
自适应模糊控制器通过在线调整自适应参数确保永磁同步电机的输出渐近收敛于给定的参考信号。
通过理论研究和仿真研究证实，当永磁同步电动机的参数或负载发生突变时，系统响应仍可以很好的跟踪参考信号，具有良好的动态性能。
关键词：永磁同步电动机(PMSM)，矢量控制，PI控制，模糊控制，自适应陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 2TitleAbstractPermanent magnet synchronous motor because of its structure with a high-energy rare earth alloy as rivet - of iron –boron, with the traditional excitation synchronous motor, PMSM have a simple structure, size and weight and high efficiency, the power factor, high power factor the low proportion of torque and inertia ,low moment of inertia, easy to turn to the amount of heat and maintenance, the advantages and its broad scope of application, especially in a demanding control the accuracy and reliability of the occasion, such as air and space, numerical control machine, processing center, such robots have been widely used in modern communication of electric motors are very important position.Firstly the development of AC speed regulation system, the control strategies used in the PMSM control system and the mathematics model of PMSM are generalized in this thesis. Then, PMSM vector control system is set up. Good performance can be achieved when the PI controller's parameters match with the control system. However, the parameters of PI have to be modified when the system's parameters change. Fuzzy control has the advantage of not relying on the object mathematical model and strongly robustness so it can overcome the uncertainty of element in the system such as parameter change and non-linear change and can realize the high quality control performance of the system. Fuzzy control combined with PI control is applied in the PMSM control system. The simulation results under MATLAB/SIMULINK environment prove that better performance can be obtained by using the compound controller than PI controller.Adaptive fuzzy controller which uses universal approximation property of fuzzy systems through online adaptive parameters can guarantee the convergence of the PMSM output to the given signal. Theoretical study and the simulation research indicate that the system response still have a good dynamic performance and track reference signal when PMSM parameter or the load suddenly change.KEY WORDS：PMSM, Vector-control, PI control, Fuzzy control, adaptive永磁同步电机自适应模糊控制方法的研究 3目录摘要 (1)Abstract (2)1. 绪论 (1)1.1 课题意义 (1)1.2国内外永磁同步电动机交流伺服系统研究现状 (2)1.2.2模糊控制在电气传动领域的应用现状和未来的发展趋势 (3)1.3本课题研究的目的和主要工作 (4)1.3.1课题研究的目的.............................. 错误！未定义书签。
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究》篇一一、引言随着电力电子技术的不断发展，永磁同步电机（PMSM）在工业、汽车、航空等众多领域得到了广泛应用。
然而，传统的PMSM控制系统通常需要使用位置传感器来获取转子的位置信息，这不仅增加了系统的复杂性和成本，还可能受到环境因素的干扰。
因此，研究无位置传感器控制策略对于提高PMSM的性能和可靠性具有重要意义。
本文将重点研究永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略，旨在为PMSM的进一步应用提供理论依据和技术支持。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机是一种基于磁场相互作用原理的电机，其转子采用永磁体材料制成。
当电机通电时，定子产生的磁场与转子永磁体产生的磁场相互作用，使转子按照一定的速度和方向旋转。
PMSM具有高效率、高功率密度、低噪音等优点，在许多领域得到广泛应用。
三、无位置传感器控制策略无位置传感器控制策略是实现PMSM控制的重要技术。
目前，常见的无位置传感器控制策略包括基于反电动势的估计方法、基于电流模型的方法、基于卡尔曼滤波器的方法等。
这些方法在不同的速度范围内具有不同的优缺点。
四、全速度范围无位置传感器控制策略针对PMSM的全速度范围无位置传感器控制策略，本文提出一种基于多种控制策略的综合方法。
在低速阶段，采用基于反电动势的估计方法，结合特定的启动策略实现稳定启动和位置跟踪；在高速阶段，采用基于电流模型的方法或卡尔曼滤波器等方法进行位置估计。
同时，根据电机运行状态和负载变化，实时调整控制策略，保证电机在不同速度范围内的稳定性和准确性。
五、实验与结果分析为了验证所提出的全速度范围无位置传感器控制策略的有效性，本文进行了大量实验。
实验结果表明，该控制策略在全速度范围内均具有较高的精度和稳定性。
在低速阶段，通过特定的启动策略实现了快速稳定启动和位置跟踪；在高速阶段，采用多种估计方法有效减小了位置估计误差。
此外，在不同负载和工作环境下的实验结果也证明了该控制策略的鲁棒性和可靠性。
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永磁同步电机积分反步自适应控制杨启涯;庄海;张颖杰【摘要】针对外界干扰导致永磁同步电机(PMSM)固有参数发生变化的问题,将新型的智能控制理论引入到PMSM控制系统中,提出了一种新颖的带有积分环节的反步自适应法的控制方法.该控制器能够利用交轴电流动态抑制或消除参数的变化对系统的影响,基于Lyapunov稳定性原理设计被控系统的控制律和自适应律,并引入积分环节,增强被控系统的稳定性,缩短速度响应的时间.仿真试验证明,该控制器能够有效地抑制电机固有参数的变化对被控系统的影响,保证了系统的强鲁棒性和动静态性能.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2018(045)008【总页数】5页(P15-18,62)【关键词】永磁同步电机;反步自适应法;交轴电流;积分环节【作者】杨启涯;庄海;张颖杰【作者单位】大连理工大学电气工程学院,辽宁大连 116023;大连理工大学电气工程学院,辽宁大连 116023;大连理工大学电气工程学院,辽宁大连 116023【正文语种】中文【中图分类】TM301.20 引言由于永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)是一个时变非线性和强耦合性系统[1-3]，数学模型中的参数的准确性严重影响着电机的控制性能。
电机在实际运行过程中，外界环境和电机负载都会随时发生变化，这将导致电机的固有参数发生变化，影响被控对象的动静态性能，较难实现电机的高性能和高精度控制[4]。
随着现代控制技术的逐渐成熟，滑模变结构、反馈线性化、自适应、反步、模糊等人工智能方法被逐渐应用在PMSM中[5]，其中，反步自适应法能够有效地发挥自适应法与反步法两者的优点，不仅能保证被控对象的稳定性，而且能抑制电机运行时电机参数变化对系统的影响。
该方法利用自适应法和反步法设计控制器，根据虚拟变量和Lyapunov稳定性原理来推导被控系统的控制律和参数自适应律[6-7]。
《永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究》篇一一、引言随着现代工业和电力电子技术的快速发展，永磁同步电机（PMSM）因具有高效率、高转矩密度以及良好的调速性能等优点，在许多领域得到了广泛的应用。
然而，传统的PMSM控制系统通常依赖于位置传感器来获取电机的位置和速度信息，这不仅增加了系统的复杂性和成本，还可能降低系统的可靠性和稳定性。
因此，无位置传感器控制策略的研究成为了当前电机控制领域的重要课题。
本文旨在研究永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略，以提高电机的控制性能和系统的可靠性。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机是一种利用永磁体产生磁场的电机，其转子的位置和速度信息对于电机的控制至关重要。
PMSM的基本工作原理是通过改变定子电流的相位和幅值来控制电机的转矩和速度。
在有位置传感器的情况下，可以通过检测转子的位置和速度信息来精确控制电机的运行。
然而，在无位置传感器的情况下，需要通过其他方法估计电机的位置和速度。
三、无位置传感器控制策略研究为了实现PMSM的全速度范围无位置传感器控制，研究人员提出了多种控制策略。
本文将重点介绍其中的几种策略及其应用。
1. 基于模型的控制策略：该策略通过建立电机的数学模型，利用电机电压和电流等可测量的物理量来估计电机的位置和速度。
这种方法具有较高的精度和稳定性，但需要准确的电机参数。
2. 滑模观测器控制策略：滑模观测器是一种非线性控制方法，通过设计适当的滑模面和滑模控制器来估计电机的位置和速度。
该方法对电机参数的变化具有一定的鲁棒性，但需要合理设计滑模参数。
3. 扩展卡尔曼滤波器控制策略：扩展卡尔曼滤波器是一种基于概率的估计方法，通过融合电机的电压、电流以及电机的动力学模型等信息来估计电机的位置和速度。
该方法具有较高的估计精度和鲁棒性，但计算量较大。
四、全速度范围无位置传感器控制策略的实现在实际应用中，需要根据电机的具体参数和应用场景选择合适的无位置传感器控制策略。
1引言近年来电动执行器系统的控制策略得到了越来越多的研究，对系统的稳定运行发挥着关键作用。
电动执行器系统的控制方案主要包括驱动电机以及系统主要单元的控制策略。
系统需要提供相当多的转矩和转速，以控制阀门开度。
对于系统的动态调节，其响应速度应该相对够快，以达到系统控制精度要求。
传统阀门位置控制常采用PID 方法，该方案是基于比例、积分、微分输出控制量，来实现对系统的准确控制，具有相对简单、容易实现等特点。
然而，当被控对象的环境经常变化，即需频繁调整控制参数，对该方法的实际应用提出了限制。
因此，需要对以往的PID 策略进行改进，一种方案是改进传统控制结构，另一种则是采用智能控制方法[1]。
文献[2]研究了PID 控制方案，针对电子液压制动系统下电动执行器调节阀的控制，电动执行器流量调节阀采用传统的控制方法即可实现输出流量精确、快速的跟踪，然而系统具有较差的鲁棒性。
文献[3]采用校正控制，进一步减小了系统超调及稳态误差，大大提升了执行器系统的响应速度和抗扰动能力，并且明显改善了回差。
文献[4]研究了基于增量一种基于模糊自适应PID 的电动执行器智能控制方法李伟华（苏州博睿测控设备有限公司，苏州215143）摘要:电动执行器的系统控制方案研究在近年有较大进展。
传统控制方案基于PID 的控制策略易于在通常的实际控制系统中实现，但对于控制系统复杂程度较高的场合，传统控制方法已不能适应系统鲁棒性和实时性的要求。
为解决此问题，提出基于模糊自适应PID 的执行器系统智能控制方案。
实验结果表明，新方案有较好的动态表现以及较快的响应，并且具有较高的调节准确度，能够实现PID 参数的在线自调整，实时性更好，控制精度和鲁棒性更高，参数计算负荷小，设计方法易于实现。
关键词：模糊控制；自适应；PID 控制；智能控制DOI ：10.3969/j.issn.1002-2279.2021.02.015中图分类号:TP273+.4文献标识码:A 文章编号：1002-2279（2021）02-0058-04An Intelligent Control Method of Electric Actuator Based onFuzzy Adaptive PIDLI Weihua(Suzhou Bonray Measurement&Control Equipment Co.,Ltd,Suzhou 215143,China )Abstract:Recently,great progress has been made in the research of system control scheme of electric actuator.The PID-based control strategy of the traditional control scheme is easy to be realized in the common practical control system,but the traditional method can no longer meet the requirements of system robustness and real-time when the control system is complex.To solve the problem,an intelligent control scheme of actuator system based on fuzzy adaptive PID is proposed.Experimental results show that the new scheme has better dynamic performance and faster response,as well as higher adjustment accuracy,which can realize on -line self -adjustment of PID parameters,with better real -time,higher control accuracy and robustness and less parameter calculation load,and the design method is easy to realize.Key words:Electric actuator;Fuzzy control;Self-adaptation;PID control;Intelligent control作者简介：李伟华（1978—），男，陕西省西安市人，助理工程师，主研方向：测控技术及仪器。
永磁同步电动机的系统模型参考自适应控制马小军,梁峰中国北京100072装甲部队工程学会控制工程部中国北京100072装甲部队工程学会控制工程部抽象的一个模型参考自适应控制的伺服系统包含那些在一个非常低的速度现象的新方法,提出了基于超稳定理论为基础。
本文的永磁同步电动机的数学模型研究,基本推测是定义模型参考自适应控制器通过模拟结果验证表明,新方法可以消除环境干扰的系统,骤升系统快速性,解决了爬行现象再一个非常低的速度,并提高稳态性能,因而是一个现实的新技术提供给了系统的设计。
1,简介永磁同步电动机有更多的高精度和高速响应,是在含有直接驱动伺服系统的优越性,但首选,负载变化和外部干扰直接影响系统的性能直接驱动。
此外,确切的计算参数和负荷性是未知的,仍然会改变电机运行过程中。
这些因素会降低伺服系统港口起,该永磁同步电机,磁链的脉动波永磁推力,改变肺泡效果表现参数系数,非线性变化的摩擦,以及系统状态观测噪声等,而且其参数是多变量,非线性,耦合,变型,因此很难获得的时机和方向令人满意的表现在古典设计。
自适应控制系统的研究,使用的稳定性赢得了广泛的方法有以下。
使用这种自适用控制问题,在多变量非线性系统的稳定性问题制定方法。
Lyapunov方法和波波夫的超稳定性理论已被用来作为工具的原则在这类系统的分析。
当李亚普诺夫的方法是采取了一个错误的差分方程组的渐进稳定应研究使用Lyaounov函数的候选人,这不是一件容易的工作合适的选择,他的使用是有限的,因为我们不知道如何扩大类合适的Lyapunov函数。
该超稳定性办法正在越来越多地用来作为李亚普诺夫方法的代替方法。
由于电机工程往往从空载到满载之间，也就是说，运动的一部分themass变化频繁，这会引起摩擦和其他抵抗力量的变化。
因此，一个鲁棒控制器的设计应使其不敏感的质量和抵抗力量的变化，该系统可以负荷情况下运行稳定。
很明显，传统的PID控制器无法满足这些要求。
模型参考自适应控制理论为基础的超稳定在一个真正可以让系统的一些不确定性。
《永磁同步电机传动系统的先进控制策略及应用研究》篇一摘要：本文主要研究永磁同步电机传动系统的先进控制策略，包括其原理、特点、应用及实际效果。
通过对多种控制策略的深入探讨，旨在提高永磁同步电机传动系统的性能，为相关领域的研究与应用提供理论依据和实际应用指导。
一、引言随着科技的不断进步，永磁同步电机因其高效率、高功率密度及长寿命等优点，在工业自动化、新能源车辆、航空航天等领域得到了广泛应用。
而其传动系统的控制策略则是决定其性能的关键因素。
因此，研究永磁同步电机传动系统的先进控制策略具有重要意义。
二、永磁同步电机传动系统概述永磁同步电机是一种利用永磁体产生磁场的电机，其传动系统主要由电机本体、控制器和传感器等组成。
其中，控制策略是核心部分，直接影响电机的运行性能和效率。
三、传统控制策略及问题分析传统的永磁同步电机控制策略主要包括矢量控制和直接转矩控制等。
这些策略在特定条件下能够取得较好的控制效果，但在复杂工况下，如负载变化、速度波动等情况下，传统控制策略往往难以达到理想的控制效果。
因此，需要研究更为先进的控制策略。
四、先进控制策略研究（一）智能控制策略智能控制策略是近年来研究的热点，包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法等。
这些策略能够根据电机的运行状态和外界环境的变化，自适应地调整控制参数，从而提高电机的运行性能和效率。
（二）无传感器控制策略无传感器控制策略是利用电机的电气信号来估算电机的转子位置和速度，从而实现对电机的精确控制。
这种策略可以减少机械传感器的使用，降低系统成本和复杂度。
（三）预测控制策略预测控制策略是一种基于模型的控制策略，通过建立电机的数学模型，预测电机的未来行为，从而实现对电机的精确控制。
这种策略能够有效地抑制电机的振动和噪声，提高电机的运行平稳性。
五、先进控制策略的应用及效果（一）智能控制在永磁同步电机传动系统中的应用智能控制策略在永磁同步电机传动系统中的应用，能够有效地解决传统控制策略在复杂工况下难以达到理想控制效果的问题。
喏名L乃农别名阄2018,45 (8)控制与应用技术I EMCA永磁同步电机积分反步自适应控制杨启涯，庄海，张颖杰(大连理工大学电气工程学院，辽宁大连116023)摘要：针对外界干扰导致永磁同步电机（P M SM)固有参数发生变化的问题，将新型的智能控制理论引 人到PM SM控制系统中，提出了一种新颖的带有积分环节的反步自适应法的控制方法。
该控制器能够利用交轴电流动态抑制参数的变化对系统的，Lyapun〇1理控系统的控制自适应律，并引人积分环节，增强被控系统的，缩短速度响应的时间。
，该控制器能够有，抑制电机固有参数的变化对被控系统的，了系统的强动静态性能。
关键词：永磁同步电机；反步自适应法"交轴电流；积分环节中图分类号：TM 301.2 文献标志码： A 文章编号：1673-6540(2018)08-0015-04Integral Backstepping Adaptive Control of PermanentMagnet Synchronous MotorYANGQiya，ZHUANGHai，ZHANG Yingjie(Sch o o l o f E le c tric a l E n g in e e r in g，D alian U n iversity o f T e c h n o lo g y，D alian116023，C h in a)Abstract: In order to solve the problem that the inherent parameters of the permanent magnet synchronous motor (PMSM) were changed due to external interference，a new intelligent control technology was introduced into thecontrol system of PM SM，and a new control strategy based on the integral backstepping adaptive metliod was proposed.The controller could dynamically suppress and eliminate the influence of parameter changes on the s cross axis current. Based on the Lyapunov stability principle，the control laws and the adaptive laws of the controlledsystem were designed，and the integral action was introduced to improve the stability and shorten the response. The simulation experiments showed that the controller had strong robustness as w ell as good d static performance to suppress the influence of the change of the inherent parameters.Key words: permanent magnet synchronous motor (PM SM);backstepping adaptive method; cross axis current; integral action0引言由于永磁同步电机（P e rm an e n t M agn et Sy n ch ron ou s M o to r，P M SM)是一*个时变非线强 系统[1_3]，数 型中的参数的 丨性电机的控制性能。
《永磁同步电机传动系统的先进控制策略及应用研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对电机传动系统的性能要求越来越高。
永磁同步电机（PMSM）以其高效率、高功率密度和良好的调速性能，在工业、交通、能源等领域得到了广泛应用。
然而，为了进一步提高PMSM传动系统的性能，研究先进的控制策略显得尤为重要。
本文将重点探讨永磁同步电机传动系统的先进控制策略及其应用研究。
二、永磁同步电机基本原理永磁同步电机是一种利用永磁体产生磁场的电机，其转子与定子之间的磁场同步，从而实现电机的稳定运行。
PMSM具有高效率、高功率密度和良好的调速性能，是现代传动系统中的关键设备。
三、先进控制策略研究1. 矢量控制策略：矢量控制是一种基于磁场定向的控制策略，通过精确控制电流的幅值和相位，实现电机转矩和磁场的解耦控制，从而提高电机的运行性能。
2. 模糊控制策略：模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制策略，通过模拟人的思维过程，实现电机控制的智能化。
在PMSM传动系统中，模糊控制可以有效地提高系统的鲁棒性和自适应性。
3. 预测控制策略：预测控制是一种基于预测模型的控制策略，通过对系统未来的状态进行预测，实现电机的优化控制。
在PMSM传动系统中，预测控制可以有效地提高系统的动态性能和稳定性。
四、应用研究1. 工业领域应用：在工业领域，PMSM传动系统广泛应用于机床、机器人、自动化生产线等设备中。
通过采用先进的控制策略，可以提高设备的运行性能和效率，降低能耗和成本。
2. 交通领域应用：在交通领域，PMSM传动系统被广泛应用于电动汽车、轨道交通等交通工具中。
通过采用矢量控制、模糊控制等策略，可以提高车辆的能效比和驾驶性能，同时降低噪音和振动。
3. 能源领域应用：在能源领域，PMSM传动系统被广泛应用于风力发电、太阳能发电等新能源设备中。
通过采用预测控制等策略，可以提高设备的发电效率和稳定性，同时降低维护成本。
五、结论永磁同步电机传动系统的先进控制策略对于提高系统性能具有重要意义。
基于⾃适应模糊反步法的永磁同步电机位置跟踪控制_于⾦鹏第25卷第10期V ol.25No.10控制与决策Control and Decision2010年10⽉Oct.2010基于⾃适应模糊反步法的永磁同步电机位置跟踪控制⽂章编号:1001-0920(2010)10-1547-05于⾦鹏,陈兵,于海⽣,⾼军伟(青岛⼤学复杂性科学研究所，⼭东青岛266071)摘要:研究具有参数不确定性的永磁同步电动机位置跟踪控制问题.利⽤模糊逻辑系统逼近系统中⾮线性函数,采⽤反步设计⽅法实现永磁同步电动机的⾃适应模糊控制.所提出的⾃适应模糊控制器在电机参数不确定和负载扰动的情况下,实现了永磁同步电动机的⾼性能位置跟踪控制.仿真结果表明了所提出⽅法的有效性.关键词:永磁同步电动机；⾮线性系统；⾃适应控制；模糊控制；位置跟踪；反步中图分类号:TM351⽂献标识码:AAdaptive fuzzy backstepping position tracking control for permanent magnet synchronous motorYU Jin-peng,CHEN Bing,YU Hai-sheng,GAO Jun-wei(Institute of Complexity Science，Qingdao University，Qingdao266071，China.Correspondent：YU Jin-peng，E-mail:yjp1109@/doc/b4ee8a9cbe23482fb4da4cf9.html)Abstract：This paper studies the problem of position tracking control for permanent magnet synchronous motors with parameter uncertainties and load torque disturbance.Based on backstepping technique,an adaptive fuzzy control method is proposed by using fuzzy logic systems to approximate unknown nonlinearities of permanent magnet synchronousmotor(PMSM)drive system.The proposed controller guarantees the good tracking performance even with the existence of the parameter uncertainties and load torque disturbance.Simulation results show the effectiveness of the proposed method. Key words：Permanent magnet synchronous motor；Nonlinear system；Adaptive control；Fuzzy control；Position tracking；Backstepping1引⾔永磁同步电机(PMSM)以其优越的性能⼴泛应⽤于交流伺服系统中.永磁同步电机是⼀个多变量、强耦合的⾮线性控制对象,并受电机参数变化、外部负载扰动等不确定性因素的影响.⽮量控制、直接转矩控制等传统控制策略,使PMSM系统的性能有了较⼤的提⾼,但这些⽅法都建⽴在⼯程的基础上,并未从理论上给出完整的证明,也没有从本质上解决电机的⾮线性问题.因此,研究先进的控制策略,提⾼PMSM系统的动静态性能具有重要意义.近年来, PMSM⾮线性控制⽅法的研究获得了很⼤进展,如状态反馈线性化控制[1]、滑模变结构控制[2,3]、⽆源性⽅法[4]、⾃适应控制[5]、模糊控制[6]和反步控制[7-11]等.其中反步设计⽅法以其易于与⾃适应控制技术相结合,消除参数时变和外界扰动对系统性能的影响⽽受到了⼴泛的重视.⾃适应反步控制⽅法将复杂的⾮线性系统分解成多个简单低阶的⼦系统,通过引⼊虚拟控制变量来逐步进⾏控制器设计,最终确定控制律以及参数⾃适应律,从⽽实现对系统的有效控制.⾃1965年美国学者Zadeh⾸次提出模糊集理论后,模糊逻辑控制便受到国内外控制界的⼴泛关注,并⽤于对具有⾼度⾮线性和不确定性的复杂系统的控制设计.在发展形成的各种模糊控制技术中,基于反步法的⾃适应模糊控制是⼀种有效的⾮线性控制⽅法.该⽅法通过利⽤模糊逻辑系统逼近系统中的⾼度⾮线性函数,并结合⾃适应和反步技术构造控制器.本⽂根据永磁同步电动机的结构特点,将⾃适应模糊反步控制应⽤于永磁同步电动机的位置控制.利收稿⽇期:2009-09-14；修回⽇期:2009-11-13.基⾦项⽬:国家⾃然科学基⾦项⽬(60674055,60774027,60774047)；国家863计划项⽬(2007AA11Z247)；⼭东省⾃然科学基⾦项⽬(ZR2009GM034)；⼭东省⼯业控制技术重点实验室(青岛⼤学)开放课题基⾦项⽬.作者简介:于⾦鹏(1978?),男,⼭东威海⼈,讲师,博⼠,从事电机控制、⾮线性控制的研究；陈兵(1958?),男,辽宁锦州⼈,教授,博⼠⽣导师,从事复杂系统、⾮线性系统等研究.DOI：10.13195/j.cd.2010.10.110.yujp.0061548控制与决策第25卷⽤模糊逻辑系统逼近系统中的⾮线性函数,结合⾃适应技术对系统中未知参数进⾏估计,同时基于反步⽅法构造系统的控制器,实现对PMSM的有效控制.相⽐现有经典的基于反步⽅法的永磁同步电机⾃适应控制,利⽤⾃适应模糊设计⽅法构造的控制律具有结构简单、易于⼯程实现的特点.实例仿真研究表明,所设计的模糊控制律可以确保系统很好地跟踪永磁同步电机的位置信号,⽽且对电机参数变化及负载扰动具有较强的鲁棒性.2永磁同步电机的数学模型在同步旋转坐标(d-q)下,PMSM系统的模型可表⽰为J dωd t=T?T L?Bω=32n p[(L d?L q)i d i q+Φi q]?Bω?T L,L d d i dd t=?R s i d+n pωL q i q+u d,L q d i qd t=?R s i q?n pωL d i d?n pωΦ+u q,dθ=ω.式中:u d,u q表⽰永磁同步电动机d,q轴定⼦电压,为系统的控制输⼊;i d,i q,ω和θ分别表⽰d,q轴电流、电动机的转⼦⾓速度和转⼦⾓度,为系统的状态变量;J为转动惯量;n p为极对数,B为摩擦系数;L d和L q为d-q坐标系下的定⼦电感;R s为定⼦电阻;T L为负载转矩;Φ为永磁体产⽣的磁链.为更简便地表⽰电机模型,定义新的变量如下:x1=θ,x2=ω,x3=i q,x4=i d,a1=3n pΦ23n p(L d?L q)2,b1=?R sL q,b2=?n p L dL q,b3=?n pΦL q,b4=1L q,c1=?R sL d,c2=n p L qL d,c3=1L d.则永磁同步电机的数学模型可表⽰为˙x1=x2,(1)˙x2=a1Jx3+a2Jx3x4?BJJ,(2)˙x3=b1x3+b2x2x4+b3x2+b4u q,(3)˙x4=c1x4+c2x2x3+c3u d.(4) 3永磁同步电动机的模糊⾃适应反步控制器设计根据反步法原理,永磁同步电动机的⾃适应模糊控制器的设计步骤如下: Step1定义系统误差变量如下:{z1=x1?x d,z2=x2?α1, z3=x3?α2,z4=x4.(5)其中:x d为期望的位置信号;α1和α2为所期望的虚拟控制信号,其具体结构将在下⾯的设计过程中给出.为此,对于第1个⼦系统,选取Lyapunov控制函数V1=12z21.(6)对式(6)求导,可得˙V1=z1˙z1=z1(x2?˙x d).(7)将x2视为第1个⼦系统的控制输⼊,选取虚拟控制函数α1=?k1z1+˙x d,则˙V1=?k1z21+z1z2.(8) Step2选取Lyapunov函数V2=V1+J2z22.对V2求导,并利⽤式(8),得˙V2=˙V1+Jz2˙z2=k1z21+z2(a1x3+z1+a2x3x4Bx2?T L?J˙α1).(9)注意到实际系统中负载不可能⽆穷⼤,假定0?T L?d,其中d为正数.利⽤熟知的平⽅和公式,有z2T L?z22+12ε22d2,(10)其中ε2为任意⼩的正数.取虚拟控制函数α2=1a1(¯k2z2z112ε22z2+?Bx2+?J˙α1)=1a1(?k2z2?z1+?Bx2+?J˙α1).(11)其中:k2=¯k2+12ε22>0,?B和?J分别为B和J的估计值.将式(10)和(11)代⼊(9),得˙V2?k1z21k2z22+a1z2z3+a2z2x3x4++z2(?B?B)x2+z2(?J?J)˙α1+12ε22d2.(12) Step3选取Lyapunov函数V3=V2+12z23.(13)对式(13)求导,并利⽤(12),得˙V3?k1z21k2z22+a2z2x3x4+z2(BB)x2+z2(?J?J)˙α1+12ε22d2+z3(f3+b4u q),(14)其中f3=b1x3+b2x2x4+b3x2+a1z2?˙α2.由万能逼近定理[12],对于任意⼩的正数ε3,存在模糊逻辑系统W T3S3使得f3=W T3S3+δ3,其中δ3表⽰逼近误差,并满⾜不等式∣δ3∣?ε3.从⽽z3f3=z3(W T3S3+δ3)?z3(∥W3∥S3W T3l3l3∥W3∥+ε3)第10期于⾦鹏等:基于⾃适应模糊反步法的永磁同步电机位置跟踪控制154912l 23z 23∥W 3∥2S T 3S 3+12l 23+12z 23+12ε23,(15)其中∥W 3∥为向量W 3的范数.将上式代⼊式(14),得˙V 3??k 1z 21?k 2z 22+a 2z 2x 3x 4+z 2(?BB )x 2+z 2(J J )˙α1+12l 23z 23∥W 3∥2S T 3S 3+12l 23+12z 23+12ε23+12ε22d 2+z 3b 4u q .(16)现在选取真实的控制率u q =1b 4(?k 3z 3?12z 3?12l 23z 3?θS T 3S 3),(17)其中?θ为θ的估计值,θ将在后⾯定义.将式(17)代⼊(16),得˙V3??3∑i =1k i z 2i +a 2z 2x 3x 4+z 2(?BB )x 2+z 2(J J )˙α1+12l 23z 23(∥W 3∥2??θ)S T 3S 3+12l 23+12ε23+12ε22d 2.(18)注1在构造控制率u q 的过程中,直接利⽤模糊逻辑系统作为函数逼近算⼦来逼近⾮线性函数f 3,⽆需计算˙α2和¨α1,从⽽避免了控制器设计过程的繁琐性,所设计的⾃适应控制律具有结构简单的特点.为设计控制律u d ,选取Lyapunov 函数V 4=V 3+12z 24,于是得到˙V 4=˙V 3+z 4˙z 4??3∑i =1k i z 2i +z 2(?B ?B )x 2+z 2(?J ?J )˙α1+12l 23z 23(∥W 3∥2??θ)S T 3S 3+12l 23+12ε23+12ε22d 2+z 4(f 4+c 3u d ),(19)其中f 4=a 2z 2x 3+c 1x 4+c 2x 2x 3.再⼀次利⽤模糊逻辑系统逼近⾮线性函数f 4,使得f 4=W T4S 4+δ4,其中∣δ4∣?ε4.与式(15)同理,可得z 4f 4?12l 24z 24∥W 4∥2S T4S 4+12l 24+12z 24+12ε24.(20)进⽽,由式(19)和(20),得˙V 4=˙V 3+z 4˙z 4??3∑i =1k i z 2i +12l 23z 23(∥W 3∥2??θ)S T 3S 3+4∑i =312(l 2i +ε2i)+12ε22d 2+z 2(?B ?B )x 2+z 2(?J ?J )˙α1+12l 24z 24∥W 4∥2S T4S 4+12z 24+c 3z 4u d .(21)取u d =?1c 3(k 4z 4+12z 4+12l 24z 4?θS T 4S 4).(22)现在定义θ=max {∥W 3∥2,∥W 4∥2}.由式(21)和(22),可得˙V 4??4∑i =1k i z 2i+4∑i =312(l 2i +ε2i )+z 2(?J ?J )˙α1+4∑i =312l 2i z 2i S T i S i (θ??θ)+z 2(?B ?B )x 2+12ε22d 2.(23)Step 4定义B,J 和θ,3个物理量的估计误差分别为?B =?B ?B,?J =?J ?J,?θ=?θ?θ.选取系统的Lyapunov 函数V =V 4+12r 1?B 2+12r 2?J 2+12r 3θ2,其中r i (i =1,2,3)为正数.⼜˙?B =˙?B,˙?J =˙?J,˙?θ=˙?θ,则˙V ??4∑i =1k i z 2i +4∑i =312(l 2i +ε2i )+12ε22d 2+1r 1?B (r 1z 2x 2+˙?B )+1r 2J (r 2z 2˙α1+˙?J )+1r 3?θ[?4∑i =3r 32l 2iz 2i S T i S i +˙?θ].(24)选取⾃适应律˙?B =?r 1z 2x 2?m 1?B,˙?J =?r 2z 2˙α1?m 2?J,˙?θ=4∑i =3r 32l 2iz 2i S T i S i ?m 3?θ,其中m i (i =1,2,3,4)和l i (i =3,4)皆为正数.4稳定性分析将上述⾃适应率代⼊式(24),可得˙V ??4∑i =1k i z 2i +4∑i =312(l 2i +ε2i)+12ε22d 2?m 1r 1?B ?B ?m 2r 2?J ?J ?m 3r 3θ?θ.对于?BB ,有??B ?B B (?B +B )??12?B 2+12B 2,同理,可得到下述不等式:JJ 12J 2+12J 2,θ?θ??12?θ2+12θ2.进⽽˙V ??4∑i =1k i z 2i +12ε22d 2?m 12r 1?B 2?m 22r 2?J 2?m 32r 3θ2+4∑i =312(l 2i +ε2i )+m 12r 1B 2+m 22r 2J 2+m 32r 3θ2a 0V +b 0.(25)其中a 0=min {2k 1,2k 2J,2k 3,2k 4,m 1,m 2,m 3},b 0=4∑i =312(l 2i +ε2i)+12ε22d 2+m 12r 1B 2+m 22r 2J 2+m 32r 3θ2.1550控制与决策第25卷由式(25),容易得到V (t )?(V (t 0)?b 0/a 0)e ?a 0(t ?t 0)+b 0/a 0?V (t 0)+b 0/a 0,?t ?t 0.(26)式(26)表明,变量z i (i =1,2,3,4),?B,J 和?θ属于紧集Ω={(z i ,?B,J,θ)∣V ?V (t 0)+b 0/a 0,?t ?t 0}.显然有lim t →∞z 21?2b 0/a 0.(27)由上述分析可得如下结论:结论1永磁同步电动机在控制律u d ,u q 的作⽤下,系统的跟踪误差能够收敛到原点的⼀个充分⼩的邻域内,同时其他信号保持有界.注2式(27)给出了跟踪误差的上限.由a 0和b 0的定义可见,当选定合适的控制参数k i ,m i 后,a 0保持不变.通过选择充分⼤的r i ,充分⼩的l i 和εi ,可以保证2b 0/a 0充分⼩,进⽽确保跟踪误差充分⼩.5系统仿真分析为验证所提出的PMSM ⾃适应模糊反步控制⽅法的有效性,在Matlab7环境下进⾏仿真分析,电机及负载的参数为J =0.003798Kg ?m 2,R s =0.68Ω,B =0.001158N ?m /(rad /s),L d =0.00285H ,L q =0.00315H ,Φ=0.1245H ,n p =3.选择模糊集如下:µF 1i =exp [?(x +5)22],µF 2i =exp [?(x +4)22],µF 3i =exp [?(x +3)22],µF 4i =exp [?(x +2)22],µF 5i =exp [?(x +1)22],µF 6i =exp [?(x ?0)22],µF 7i =exp [?(x ?1)22],µF 8i =exp [?(x ?2)22],µF 9i =exp[?(x ?3)22],µF 10i =exp [?(x ?4)22],µF 11i =exp [?(x ?5)22].选择控制律参数为k 1=75,k 2=30,k 3=40,k 4=50,r 1=r 2=r 3=0.25,m 1=m 2=m 3=0.005,l 3=l 4=0.5.在x T (0)=0和?J(0)=?B (0)=?θ(0)=0的初始条件下,对于上述同⼀组控制参数按两组⽅案进⾏仿真研究.第1组⽅案中,给定x d =sin t,T L =1.5N ?m ;第2组⽅案中,给定x d =2sin(2t );T L ={1.5N ?m ,0?t ?1;3N ?m ,t ?1.仿真结果如图1和图2所⽰.图1为第1组⽅案仿真结果,图2为第2组⽅案仿真结果.从两组仿真结果可以看出,在电机参数不确定及负载⼒矩存在扰动的情况下,电机位置信号可以迅速跟踪给定信号,⽽且对电机参数变化及负载扰动具有较强的鲁棒性.x 11.50.50.0-0.5P o s i t i o n /r a d246810t /s1.0-1.0-1.5x dtracking error0.40.20-0.2-0.4T r a c k i n g e r r o r /r a d246810t /s(a) x x 1d (b)图1第1⽅案仿真结果210-1-2P o s i t i o n /r a d246810t /s(a) x x 1d (b)tracking error0.40.20-0.2-0.4T r a c k i n g e r r o r /r a d246810t /s图2第2⽅案仿真结果6结论本⽂针对永磁同步电动机的参数变化及负载转矩的不确定性,采⽤⾃适应模糊反步控制实现了永第10期于⾦鹏等:基于⾃适应模糊反步法的永磁同步电机位置跟踪控制1551磁同步电动机的⾮线性位置跟踪控制.仿真结果表明,所设计的⾮线性控制器可以保证永磁同步电动机伺服系统获得良好的跟踪效果,并且对参数不确定性及负载⼒矩扰动具有很好的鲁棒性.参考⽂献(References)[1]张涛,蒋静坪,张国宏.交流永磁同步电机伺服系统的线性化控制[J].中国电机⼯程学报,2001,21(6):40-43.(Zhang T,Jiang J P,Zhang G H.Feedback linearization of permanent magnet synchronous motor system[J]. 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1永磁同步电机伺服系统非线性控制策略的研究【作者】刘栋良；【导师】赵光宙；【作者基本信息】浙江大学，控制理论与控制工程， 2005，博士【摘要】永磁同步电机(PMSM)伺服系统在工农业生产和航天技术等领域的应用十分广泛,由于其自身的结构和运行特点,PMSM具有许多独特的优点,本论文主要从控制策略和实际系统两个方面对永磁同步电机伺服系统进行了全面而深入的研究。
首先分析了永磁同步电机的数学模型,并对交流伺服系统中关键的空间矢量脉宽调制原理及实现进行了论述。
考虑到永磁同步电机是一个复杂耦合的非线性系统,应用直接反馈线性化理论,通过对输出变量进行李微分,得到所需的的坐标变换和非线性系统状态反馈实现了永磁同步电机的输入输出线性化,同时实现了系统的解耦。
它与传统的PID控制相比,有很好的跟踪性能。
针对负载扰动对系统的影响,增加了负载转矩扰动观测器来减小负载扰动的影响。
最后,考虑到实际电机参数变化及负载扰动等不确定因素的影响,提出了灰色预测与反馈线性化相结合的方法来降低电机参数及不确定因素对系统控制器的影响。
针对永磁同步电动机这一非线性系统,结合反推控制应用在永磁同步电动机位置伺服系统中,跟踪位置给定信号。
其设计参数少,便于工程实现;另外反推控制是从Lyapunov稳定性出发来设计的,因此能够保证系统的稳定性。
考虑永磁同步电动机实际运行过程中参数的变化,提出自适应与反推控制相结合的控制策略,能够有效抑制系统参数变化对系统速度跟踪伺服性能的影响。
为了降低成本,提高系统的可靠性,利用永磁同步电动机定子交轴电流和转速度方程来构造了一降维线性Luenberger观测器来获得电机转速,采用反推控制来设计速度和电流控制器。
通过仿真表明,这一方法是可行的,且系统具有快速的速度跟踪和转矩响应, 依托浙江省科技计划重点项目“基于DSP控制的平缝机智能控制系统”,把反推控制策略应用与实际系统中,取得了良好的效果,并完成了项目的研制。
