基于模糊pi控制的pmsm位置伺服系统仿真
王翔，马瑞卿，吉攀攀
（西北工业大学自动化学院，西安710072）
摘要：本文在分析了永磁同步电机(pmsm)数学模型的基础上，在matlab的simulink环境下构建了隐极式永磁同步电机位置伺服系统的仿真模型。控制系统采用经典的三闭环结构，其中电流环采用i=0的矢量控制策略，速度环采用pi控制，位置环采用模糊pi自适应控制，自适应控制通过matlab软件编程。文中给出了系统各模块仿真模型的建立方法，并针对工程系统实际参数，进行了负载突加突卸时位置、速度和转矩瞬态过程仿真与分析。结果表明，该系统抗干扰性好，能快速准确地跟踪位置及转速给定。
关键词：永磁同步电机；矢量控制；模糊控制；建模；仿真
中国分类号：tm351；tm341 文献标志码：a 文章编号：i001-6848(2010)-03-0052-04
0引 言
永磁同步电机( pmsm)因具有高效率、高控制精度、高转短密度、宽广的调速范围以及良好的转矩平稳性等一系列优点，在交流伺服控制系统中占有重要的地位，近年来随着稀土永磁材料、电力电子技术、微机技术及矢量控制技术的发展，永磁同步电机在国防、工业、民用的各个领域得到了越来越广泛的应用，如火炮瞄准、数控机床、电动汽车、电梯等。由于同步电机矢量控制的复杂性和较高的成本，所以建立永磁同步电机的仿真模型，对电机性能和系统控制参数的研究具有重要的意义。
针对某实际系统参数，仿真了pmsm恒转矩起动、突加突卸负载等情况，结果表明，该伺服系统响应速度快，跟踪精度高，并有较强的抗干扰性。
1永磁同步电机的数学模型
以三相星形180度通电模式为例来分析永磁同步电机的数学模型、电磁转矩等特性。为了便于分析，假定：
a电机三相绕组完全对称且在定子内表面均匀连续分布；
b．定转子表面光滑，无齿槽效应；
c定转子每相气隙磁动势在空间呈正弦分布；
d忽略磁饱和、涡流及铁心损耗。
电机采用转子表面安装( spm)永磁体结构电机系统在d-q坐标系下的数学模型为[3，4]
2仿真模型的建立
根据pmsm数学模型，在simulink环境中建立基于模糊pi自适应控制的永磁同步电机伺服系统的仿真模型如图1所示。
三闭环位置伺服控制系统中，电流环采用可靠的屯=0控制法，可实现****转矩电流比[5]；速度环采用限幅pi控制，既能较好地实现转速调节，又能将电流大小控制在要求的范围内；位置的精确控制是位置伺服系统所要达到的最终目的，所以要求位置信号要快、准、稳地跟踪给定，为了保证位置信号能达到上述要求，系统采用模糊pi自适应控制，综合了智能控制和经典pi控制的优点。根据实际位置与给定位置的误差及误差的微分，采用模糊逻辑推理的方法来实时整定pi参数，既能使位置信号快速、准确、稳定地跟踪给定，又能提高系统的鲁棒性。
2.1位置模糊pi控制模块
模糊控制模块采用simulink内嵌的可编程模块，通过matlab编程来实现。这种编程实现与直接采用simulink中现成的模糊控制模块相比，具有自由度大、方便等优点。其模块内部程序代码为：
2.2转速pi调节模块
转速调节采用限幅pi控制，如图3所示。saturation模块即为限幅模块，其输入输出在模块参数的设定范围内是相等的，但当输入的值超过参数设定的范围时，输出就会保持在一个恒定的值从而呈现饱和状态。saturation模块前面为普通pi控制，其中模块cain为比例系数，gainl |
