基于自抗擾控制器的PMSM矢量控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

永磁同步電機PMSM(Permanent Magner Synchronous Machine)具有功率密度高、體積小、效率高、慣量小等優(yōu)點，廣泛應用于數(shù)控機床領域[1]。然而PMSM是一個非線性、強耦合、參數(shù)攝動的多變量系統(tǒng)，對于外界擾動以及系統(tǒng)參數(shù)變化比較敏感，因此對于控制系統(tǒng)要求較高，既要具有高性能的軟硬件結(jié)構(gòu)，又要具有高性能的控制策略和控制算法[2]。
　為了提高PMSM控制性能, 國內(nèi)外學者展開了廣泛研究。參考文獻[3]提出一種基于狀態(tài)觀測和反饋的控制策略, 參考文獻[4]提出一種基于自抗擾控制器的控制策略，這些方法具有良好的動靜態(tài)性能，卻未考慮電流環(huán)中耦合非線性因素的影響，無法從根本上解決非線性問題；參考文獻[5]提出一種基于模糊自適應PID及干擾觀測器的三環(huán)控制策略，但是這種方法算法較復雜，實時性較差。
　本文提出并實現(xiàn)了一種基于自抗擾控制器[6-7](ADRC)的PMSM矢量控制系統(tǒng)。首先設計基于ADRC的控制器，實時觀測出由系統(tǒng)內(nèi)部非線性因素以及外部擾動引起的“內(nèi)外擾動”并進行補償，從而實現(xiàn)精確控制。其次自行研制了基于DSP的多軸運動控制卡，并在此基礎上實現(xiàn)了基于ADRC的矢量控制系統(tǒng)。仿真及實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能及魯棒性，能夠快速加工出符合要求的模型。
1 ADRC數(shù)學模型
　自抗擾控制器是一種基于誤差反饋的新型控制器，主要由非線性跟蹤微分器(NTD)、擴張狀態(tài)觀測器(ESO)、非線性誤差反饋(NLSEF)三部分組成，對于形如式(1)的非線性不確定對象具有良好的控制效果。