永磁同步电机矢量控制——电流环 PI 参数整定

1、预备知识

（1）典型I型系统的传递函数如下图所示：

（2）通常情况下，一个实际系统可以通过工程上的近似处理和调节器校正变换成 典型I（前面已讲） 或 典型 II 系统。

本节用到的工程上近似处理方法：小惯性群的近似处理，自动控制系统中有多个小时间常数的惯性环节相串联的情况，在一定条件下可以将这些小惯性环节合并为一个惯性环节。

调节器结构选择的基本思路：将控制对象校正成典型I或者典型II系统。

2、电流环PI参数整定

2.1、电流环的开环传递函数

上图为电流环传递函数框图，电流环的输入为电流信号的误差值，输出为电压，控制电机转矩。

第一个环节： PI调节器的传函

第二个环节：延迟传函

  在实际计算过程中，CPU进入中断读取电流反馈值，然后进行PI调节器的计算，得到输出电压（或者三角波比较值），但是输出电压或者比较值不是立即作用出去的，通常会延迟一个PWM周期，才会将比较值输出出去。这样就造成了采样和计算的延迟，这里近似看成一阶延迟环节，时间常数为Ts(这里td=Ts)。

第三个环节： 逆变器的传函

  经过第二个环节，更新了三角波的比较值后，输出的电压是立刻作用到了负载上面吗？还不是的。对于7段式SVPWM来说，调制特点决定了还有0.5Ts的延时。而Kpwm为逆变器的增益，这个值没有一个确定的数值，这里取Kpwm为1，默认他为理想型。

第四个环节： 电机传递函数

  电机传递函数可近似处理为：

说下电机传函的由来，前面讲过电机在dq轴坐标系下的电压方程：

忽略耦合项的电压平衡方程为（这里只列出q轴电压方程）：

上式拉式变换后得到电机的传函。

在开关频率为10KHZ时，PWM逆变器和延迟环节的时间常数都很小。工程近似就可以把延迟环节和PWM环节合并处理：

因为时间常数Ts很小，那么分母中的二次项系数可以看做0，从而等效为一个典型的I型系统。

则可得电流传递函数框图：

则电流环的开环传函数：

2.2 、电流环参数整定

前面我们得到了电流环的开环传递函数，下面我们把开环传递函数配置成典型系统：

2.2.1、I型系统配置

I型系统开环传递函数的结构是：

Wcur(s)貌似又和I型系统的结构不一样。怎么处理？ 采用零极点对消法 ，将参数设置满足
Kp/Ki=Lq/R 这个条件，让分子分母各自约去一项，就能将电流环变成了I型系统。

剩下的Wcur(s)中，分子Ki/R就是I型系统的分子K，分母中的1.5Ts就是I型系统的T。即：

当具有较高的开关频率时，Ts的取值够小，可忽略不计。则系统变为一阶环节：

（1）电流环按=0.707整定时，带入上式，故：

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其中Ts为PI调节器计算的周期，一般情况下等同于逆变器的开关周期。

（2）电流环按=1整定时，带入上式，故：

以上电机模型是通过uq算的，也可以通过ud算，此时得到的增益即为d轴的增益：

典型I型系统跟随性能指标和频域指标与参数的关系如下表所示：

参考：

1.https://blog.youkuaiyun.com/sy243772901/article/details/82221672

2.2021-06-14_pi调节器里面kp和ki的确定-优快云博客