永磁同步电机转速环参数设定（永磁同步电机转矩脉动抑制）

前言

本章采用工程设计方法推导了速度环PI调节器参数的计算公式，从而设计了永磁同步电机磁场定向控制的速度外环PI调节器参数，并利用Matlab/Simulink进行了比较对设计的PI调节器进行伯德图分析，最后通过设计实例进行仿真验证。

1、调节器工程设计方法

实施调节器的工程化设计方法，首先要简化问题，突出设计的主要矛盾。简化的基本思想是将调节器设计过程分为两步：

1、选择调节器的结构，保证系统稳定性，满足所需的稳态精度。

2.然后选择调节器的参数以满足系统动态性能指标的要求。

选择调节器结构以使系统满足所需的稳态精度是设计过程的第一步。由于类及以上系统难以稳定，因此常将类系统和类系统作为系统设计的目标。

2、速度环PI调节器参数整定

工程设计方法的原则是：先设计内回路，再设计外回路。上一章设计了用于永磁同步电机磁场定向控制的电流内环PI调节器。本章接着设计了速度外环PI调节器，它不同于电流内环标定为典型的I类系统，而速度外环的设计目标是将系统标定为典型的II类系统。

2.1.速度环结构框图

控制系统的数学模型是设计的基础。下图是速度环的结构框图：

将电流环的等效传递函数填充到速度环的结构框图如下：

通过如下处理，速度环的结构框图进一步简化：

速度环的简化结构框图为：

2.2.典型的II 类系统

2.3.速度环PI参数设定计算公式

3、速度环PI调节器设计实例

3.1.磁场定向永磁同步电机速度外环电流内环双闭环控制

3.2.速度环PI参数计算

电机参数如下：

设置系统采样频率为20KHz，即Ts=0.00005s，h设计为2.1，由速度环PI调节器参数计算公式计算得到：

绘制系统的开环伯德图如下：

本系统的截止频率wc为315rad/s，位于1/tao和1/T的中间。此时系统的最大相角裕度为79.7，满足自身的设计要求。

画出该系统的闭环伯德图如下：

从上图可以看出，系统的带宽频率约为375rad/s。

3.3.仿真分析

将Kp=0.0025和Ki=0.0907带入仿真模型的速度环PI调节器中。将上一章计算出的电流内环PI参数Kp=5.25和Ki=3750带入两个电流环调节器中。仿真分析：

电机转速：如果控制效果不好，可以根据工程设计参数进行参数微调或者重新选择h值进行上述计算。

电机定子电流：

转子位置：

同步旋转坐标系下定子电流Id、Iq：

同步旋转坐标系中的定子电压：

电磁扭矩：

总结

本章采用工程设计方法推导了速度环PI调节器参数的计算公式，从而设计了永磁同步电机磁场定向控制的速度外环PI调节器参数，并利用Matlab/Simulink对设计的PI进行了比较通过伯德图对调节器进行分析，最后通过设计实例进行仿真验证，为后续章节的分析奠定基础。