基于自抗扰控制ADRC的永磁同步电机仿真模型附Simulink仿真

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🔥 内容介绍

永磁同步电机（PMSM）以其高效率、高功率密度和宽调速范围等优点，在工业生产和日常生活中得到了广泛应用。然而，PMSM系统固有的非线性、强耦合以及外部扰动（如负载变化、参数摄动等）的存在，使得其高精度控制面临挑战。传统PID控制器在应对这些复杂工况时，往往难以兼顾鲁棒性和动态性能。自抗扰控制（ADRC）作为一种新型的控制方法，通过实时估计并补偿系统内外扰动，展现出优异的控制性能。本文旨在深入探讨基于ADRC的PMSM仿真模型构建，详细阐述ADRC的基本原理、PMSM的数学模型，并在此基础上搭建仿真平台，对ADRC在PMSM速度控制中的性能进行仿真分析，以验证其有效性和优越性。

1. 引言

永磁同步电机作为现代工业自动化中的核心驱动部件，其精确控制对提升生产效率、降低能耗具有重要意义。随着永磁材料和电力电子技术的发展，PMSM的应用领域不断拓宽，从电动汽车、机器人、航空航天到精密机床，无处不在。然而，PMSM的运行环境复杂多变，其内部参数（如电阻、电感）可能随温度变化而漂移，外部负载也可能出现突变。这些因素都对PMSM的控制系统提出了严峻考验。

传统的PMSM控制策略，如基于PI（比例积分）控制器的磁场定向控制（FOC），虽然在一定程度上解决了PMSM的控制问题，但在应对非线性、强耦合以及未知扰动时，其控制性能往往受到限制。PI控制器依赖于精确的数学模型，且参数整定复杂，鲁棒性不足。当系统存在较大扰动或模型失配时，PI控制器的性能会显著下降，甚至导致系统不稳定。

自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control, ADRC）理论由韩京清研究员于20世纪90年代提出，它以“处理扰动”为核心思想，通过扩展状态观测器（ESO）实时估计并补偿系统内外部扰动，从而将复杂的非线性系统转化为易于控制的积分串联型系统。ADRC具有无需精确模型、鲁棒性强、动态响应快等优点，为PMSM的高性能控制提供了新的解决方案。本文将重点研究ADRC在PMSM速度控制中的应用，通过仿真验证其对扰动的抑制能力和对参数变化的适应性。

2. 自抗扰控制（ADRC）基本原理

ADRC的核心思想是将系统中所有的未知动态（包括未建模动态、参数摄动、外部扰动等）都视为“总扰动”，并通过ESO进行实时估计和补偿。ADRC主要由三个部分组成：跟踪微分器（TD）、扩展状态观测器（ESO）和非线性误差反馈（NLSEF）控制律。

3. 永磁同步电机（PMSM）数学模型

4. 基于ADRC的PMSM仿真模型构建

在Matlab/Simulink环境下，可以构建基于ADRC的PMSM仿真模型。整个控制系统通常采用双闭环结构，即外层速度环和内层电流环。ADRC可以应用于速度环，取代传统的PI控制器，以提高系统的鲁棒性和抗扰能力。

4.1 仿真模型框图

PMSM的ADRC控制系统仿真模型框图如图1所示（此处为文字描述，实际仿真中需绘制）。

[图1: 基于ADRC的PMSM速度控制系统仿真框图]

仿真模型主要包含以下模块：

5. 结论

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 孙凯,许镇琳,邹积勇.基于自抗扰控制器的永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统[J].中国电机工程学报, 2007, 27(3):5.DOI:10.3321/j.issn:0258-8013.2007.03.004.

[2] 刘志刚.基于永磁同步电机模型辨识与补偿的自抗扰控制器[J].中国电机工程学报, 28(24)[2025-10-07].DOI:10.3321/j.issn:0258-8013.2008.24.020.

[3] 盖江涛,黄庆,黄守道,等.基于模型补偿的永磁同步电机自抗扰控制[J].浙江大学学报：工学版, 2014(4):8.DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2014.04.004.

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