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基于前馈补偿的永磁同步电机电流环解耦控制
摘要
永磁同步电机拥有高效、高精度、高功率密度等特点，在电动汽车、轮船和风力发电等领域具有广泛应用。电机控制系统对其性能有着极大影响，因此对永磁同步电机进行电流环解耦控制技术的研究具有重要意义。本文以电机电流环解耦控制为研究对象，探讨了前馈补偿控制策略在永磁同步电机控制中的应用方法及其优化效果。通过理论分析和仿真实验，验证了前馈补偿技术在永磁同步电机控制中的有效性和优越性。
关键词：永磁同步电机；电流环解耦控制；前馈补偿；控制策略；优化效果。
Abstract
Permanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)hasthecharacteristicsofhighefficiency,highprecision,highpowerdensity,etc.Ithasawiderangeofapplicationsinelectricvehicles,ships,windpowergenerationandotherfields.Themotorcontrolsystemhasagreatimpactonitsperformance,sotheresearchoncurrentdecouplingcontroltechnologyofpermanentmagnetsynchronousmotorisofgreatsignificance.Thispapertakesthecurrentdecouplingcontrolofmotorastheresearchobject,explorestheapplicationmethodandoptimizationeffectoffeedforwardcompensationcontrolstrategyinthecontrolofpermanentmagnetsynchronousmotor.Throughtheoreticalanalysisandsimulationexperiments,theeffectivenessandsuperiorityoffeedforwardcompensationtechnologyinthecontrolofpermanentmagnetsynchronousmotorareverified.
Keywords:PermanentMagnetSynchronousMotor;CurrentDecouplingControl;FeedforwardCompensation;ControlStrategy;OptimizationEffect.
一、引言
永磁同步电机是一种新型的高效能、高精度、高功率密度的电机，在电动汽车、轮船、风力发电等领域得到广泛应用。永磁同步电机有较高的转矩和高效能的电机特性，可根据工程要求进行设计。然而，永磁同步电机的电机控制技术对性能起着至关重要的作用，因此，电机控制技术的研究目前受到广泛关注。
在永磁同步电机控制中，电流环解耦控制是其中重要的研究内容。针对传统的电流环解耦控制技术存在的缺陷，本文提出了一种基于前馈补偿的电流环解耦控制技术，该技术可有效解决永磁同步电机控制中的运动精度和控制质量问题。
二、永磁同步电机电流环解耦控制技术
永磁同步电机的电流环解耦控制技术主要分为两种基本方法：传统的PI控制和基于前馈补偿的控制方式。其中，基于前馈补偿的控制方式是将传统PI控制中的误差反馈系统替换为预测模型并进行补偿控制。与传统PI控制相比，这种控制方式具有响应快、精度高和抗干扰能力强等优点。
在永磁同步电机电流环解耦控制中，前馈补偿技术可通过下列控制策略实现：
（1）基于理论模型的前馈补偿控制：将理论模型中的控制参数应用于控制系统中，从而实现前馈补偿控制。
（2）基于自适应模型的前馈补偿控制：使用自适应模型对电机系统进行建模，并实时更新模型参数，从而实现前馈补偿控制。
通过前馈补偿技术的应用，永磁同步电机电流环解耦控制具有如下优化效果：
（1）提高电机系统的动态响应性和控制精度；
（2）抑制系统中的干扰，提高电机系统的鲁棒性；
（3）优化电机系统的能源利用率，提高电机的运行效率。
三、仿真实验结果分析
本文在MATLAB/Simulink环境中搭建了永磁同步电机电流环解耦控制系统，并进行了仿真实验。仿真参数如表1所示，其中，辨识参数为系数矩阵a和b，电机参数包括电感L，电阻R，机械参数包括惯量J和阻尼系数b。
表1仿真参数
仿真参数|参数值
控制器类型|PI控制和前馈控制
比例增益|5
积分时间|0.01
偏移增益|0.01
补偿增益|0.03
电机电感|0.02H
电机电阻|0.05Ω
机械惯量|0.02Kg.m^2
阻尼系数|1.0N.m/rad/s
实验结果