永磁伺服电机的鲁棒控制技术
陈渊睿1，吴 捷1，张 宙2
(1．华南理工大学，广东 广州 510640；2．香港理工大学，香港)
摘 要：伺服电机及控制器的性能对于先进运动控制系统是至关重要的。文中给出了永磁伺服电机的模型，分别介绍了几种鲁棒控制理论在伺服电机中的应用，并对用于实现这些先进控制算法的数字信号处理器(dsp)也作了强调说明，文章最后做了总结。
关键词：永磁伺服电机；鲁棒控制技术；数字信号处理器
中图分类号：tm383.4；tm921.5 文献标识码：a 文章编号：1001- 6848 (2000) 05 - 0021- 04
1 引 言
伺服电机及其控制器的性能直接影响到整个传动控制系统的表现。目前一般采用永磁无刷电机作为伺服电机。其特点是永磁铁可节省大量的能源，尤其在中大功率电机中效率更加明显。据估计，永磁电机的损耗不殁同样体积的感应电机损耗的百分之60[1]。而且永磁电机的气隙可以做得比感应电机的大得多，因而电机的制造相对容易，其功率因数仍比感应电机的高。而无刷电机则不需要电刷和换向器，不存在电刷引致的发热问题，可制成全密封形式，免维护，能在恶劣的环境中运行。转子惯量小，具有很好的加速性能。永磁交流无刷电机更在低速下仍能平滑运行而对转矩脉动不敏感，最适合做伺服电机[2]。
以前的伺服电机一般采用直流无刷电机，因为关于直流电机的理论已经非常成熟，同时也是由于受限于当时的微电子和电力电子器件发展水平。然而这样的电机制造和安装都要比交流无刷电机复杂，且难以克服低速下的纹波转矩。随着微电子和电力电子技术的迅速发展，如高速数字信号处理器(dsp)、mosfet、绝缘栅双极型晶体管(igbt)、高压集成电路(hvic,)等的出现，以及现代控制理论借助于高性能器件越来越多地应用于实践，永磁交流无刷电机正逐步取代直流电机而成为伺服电机的主流。
本文介绍鲁棒控制技术在伺服电机中的应用。广义地说，鲁棒控制即是使系统对外部扰动和参数变化不敏感，主要右自适应控制、滑模变结构控制、h一和h。优化控制、卡尔曼滤波(kf)等。这些控制理论都已较成熟，但真正应用于实践的时间并不长，主要是由于这些方法都较为繁杂，用以前的硬件来实现难于达到实时性要求。数字信号处理器(dsp)的出现，不仅使这些问题迎刃而解，而且还能够实现更为廉价有效的方案，如无传感器控制等。
2 电机模型
根据电路原理及电机统一原理，任何电机经过适当的坐标变换都可以写成统一的方程式。永磁伺服电机在与转子同步旋转的d-q坐标系下的模型可写为：
它根据系统的状态选择两个控制输入其中之一，相当于系统有两种结构，即
上述方程将定子电流的励磁分量za和转矩分量i。解耦开来，分别对它们进行控制，从而实现了交流传动系统的矢量控制，得到可与直流电机媲美的性能。由上面的式子很容易写出系统的矩阵形式的状态方程，将不确定项或干扰项也包括进去，这里不再赘述。
3 自适应控制
自适应控制的研究最早起源于50年代初对高性能飞行器自动驾驶仪的设计[3]，后来在航空航天、航海、矿山、电力系统等领域都得到了广泛的应用。它主要有两种类型，即模型参考自适应系统(mras)和自校正调节器(str)。两者之间并没有明显的界限。其基本思想是根据系统动态和扰动来
实时地调节控制器参数或重新设计控制器。这些都需要大量的运算，实际应用时可根摒需要适当取舍。
自适应控制的思想可用于观测系统的扰动或不确定性，构成自适应观测器，估计出不确定项的 |
