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永磁同步电机伺服系统鲁棒控制器设计
摘要：
永磁同步电机广泛应用于机床、机器人、飞行器、新能源车辆、电站、钢厂等工业领域。鲁棒控制器在永磁同步电机伺服系统中的应用给了电机系统控制方案更强的鲁棒性和抗干扰能力。本文介绍了永磁同步电机控制器的基本原理，分析了永磁同步电机的控制特性，提出了一种基于常规PID控制器的鲁棒控制器设计方案，模拟验证结果表明该控制器方案具有较好的控制性能和鲁棒性能。
关键词：永磁同步电机，鲁棒控制器，PID控制器
引言：
永磁同步电机是一种具有高效率、高功率密度、低噪声和高升级性能的电机，在工业领域和家居电器中得到广泛的应用。在永磁同步电机控制中，传统PID控制器被广泛采用，但在强干扰、大偏差、非线性系统条件下，传统PID控制器控制效果不佳。因此，将鲁棒控制理论应用于永磁同步电机伺服系统的控制中，可以提高控制系统的鲁棒性和抗干扰能力。
永磁同步电机工作原理：
永磁同步电机基本构件是永磁体和电磁体。永磁体产生稳定磁场，电磁体通过不同的输电控制方式实现电流和磁有力量之间的转换，从而控制永磁同步电机的旋转。永磁同步电机具有高效、高响应的优点，由于转尔磁场的存在，同步速度可以达到数千转/分钟。
永磁同步电机控制策略：
PID控制器具有优点的易操作性、控制精度高、调节适应性好。但在非线性系统条件下，PID控制器就显得力不从心，急剧下降的性能容易受到外部干扰或意外干扰的影响，响应速度慢，调节精度差等缺点。基于此，研究者提出了鲁棒控制器设计方案。鲁棒控制器相对于传统PID控制器，可以适应大规模非线性、强迫变、时变系统的控制平台，具有良好的稳态性、性能精度、抗干扰性和鲁棒性。
鲁棒PID控制器的设计：
本文提出一种基于常规PID控制器的鲁棒控制器设计方案。该控制器主要由三部分构成：最小二次法在线鲁棒性能参数估计、扩展状态观测器、鲁棒PID控制器。估计器用于估计系统参数，实时调整控制器参数使其满足系统变化；观测器通过公式式递推更新当前状态向量，较好的顺利完成系统动态更新；控制器具有鲁棒性，可以有效地抵制非线性和时间变量的干扰。最终，我们通过MATLAB/Simulink仿真设计来评估和分析鲁棒控制器设计方案的性能。
仿真结果及分析：
采用模拟的永磁同步电机作为研究对象，该电机采用闭环速度控制器，仿真过程中模拟引入外部扰动。我们通过仿真结果发现，控制器在存在外部扰动的情况下，较好地暴露了PID控制器的脆弱性。而在引入鲁棒控制器后，模拟的永磁同步电机控制性能得到了全面提升，在存在扰动或大偏差情况下，控制器也能够保持较好的控制效果。
结论：
本文研究了永磁同步电机的工作原理、控制策略，介绍了基于常规PID控制器的鲁棒控制器设计方案，模拟验证结果表明该控制器方案具有良好的控制性能和鲁棒性能，能够适应大规模非线性、强迫变、时变系统的控制平台。
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