一、原理介紹

永磁同步伺服系統是包含了電流環、速度環和位置環的三環控制系統。

伺服系統通過電流檢測電路和光電編碼器檢測電動機三相繞組電流和轉子位置θ，通過坐標變換，計算出轉矩電流分量iq和勵磁電流分量id。

位置信號指令與實際轉子位置信號的差值?θ作為位置控制器輸入，產生速度信號指令ω*；速度信號指令與實際速度信號的差值?ω作為速度控制器的輸入，產生轉矩電流指令iq*；轉矩電流指令iq*、勵磁電流指令iq* 和實際電流信號經過電流預測控制算法得到相應的電壓指令信號；dq軸的電壓指令通過反Park變換及SVPWM調制產生控制逆變器的脈寬調制信號，從而驅動永磁同步電機。

由于單P調節器會導致跟蹤變化信號時存在靜差，在這里，位置環控制器采用前饋復合控制器，改善采用單比例控制時的伺服系統位置動靜態響應性能。采用前饋復合控制的位置環結構控制框圖如下所示。

二、仿真模型

在MATLAB/simulink里面驗證所提算法，搭建仿真。采用和實驗中一致的控制周期1e-4，電機部分計算周期為1e-6。仿真模型如下所示：

仿真工況：電機跟蹤不同轉子位置給定信號，0.8s施加階躍負載

P調節器

2.1轉角階躍信號

給定轉角與實際轉角

轉角誤差

2.2轉角斜坡信號

給定轉角與實際轉角

轉角誤差

2.3轉角正弦信號

給定轉角與實際轉角

轉角誤差

從波形中可以看出，單P調節器在跟蹤斜坡信號時存在位置靜差。

P帶前饋復合調節器

2.4轉角斜坡信號

給定轉角與實際轉角

轉角誤差

2.5轉角正弦信號

給定轉角與實際轉角

轉角誤差

2.6轉角階躍信號

給定轉角與實際轉角

轉角誤差

綜合以上三種位置給定信號可以看出，在跟蹤階躍信號時，保持無超調；跟蹤斜坡信號時，可以快速消除靜差，實現零誤差跟蹤；在跟蹤正弦信號時，誤差也得到明顯減小。綜上，可以證明前饋復合控制可以有效改善采用單比例控制時的伺服系統位置動靜態響應性能

在仿真中，我并未按照參考文獻所說的參數整定方案取位置環參數，轉速環電流環還是按照我以往的整定方式取值。