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

一、引言

永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）凭借其高效率、高功率密度、小体积、低损耗等显著优势，已广泛应用于新能源汽车、工业伺服系统、航空航天等领域。在 PMSM 的控制过程中，系统易受到参数摄动（如定子电阻、电感变化）、负载扰动（如负载转矩突变）以及外部干扰（如电网电压波动）的影响，传统的 PID 控制算法难以在复杂干扰环境下实现高精度、高鲁棒性的控制。

自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）作为一种新型非线性控制策略，通过扩张状态观测器（Extended State Observer，ESO）实时估计并补偿系统内部扰动与外部干扰，无需精确的被控对象数学模型，具有较强的抗扰能力和鲁棒性，为解决 PMSM 控制中的干扰问题提供了有效方案。本文将围绕基于 ADRC 的 PMSM 仿真模型展开研究，详细阐述模型的构建原理、实现步骤及仿真验证过程。

二、自抗扰控制（ADRC）的基本原理与结构

（一）ADRC 的核心思想

ADRC 的核心思想是将系统的内部不确定性（如参数变化）和外部干扰（如负载扰动）统一视为 “总扰动”，通过扩张状态观测器（ESO）对总扰动进行实时观测，并在控制律中主动补偿该扰动，从而使被控系统近似为理想的积分串联型系统，最终通过简单的误差反馈实现高精度控制。

（三）整体模型连接

按照 “参考转速→TD→NLSEF→电流环 PI→Park 逆变换→SVPWM→PMSM 本体→Clark/Park 变换→ESO→NLSEF” 的信号流向连接各模块，同时接入负载扰动模块至 PMSM 运动方程模块，形成闭环控制系统。

五、模型优势与应用展望

（一）模型优势

1. 强抗扰性：通过 ESO 实时补偿负载扰动和参数摄动，解决了传统 PID 控制抗扰能力弱的问题，适用于负载频繁变化的场景（如新能源汽车驱动、数控机床）。

1. 鲁棒性高：无需精确的 PMSM 数学模型，对电机参数变化不敏感，降低了模型参数匹配难度。

1. 动态性能优：转速跟踪速度快、超调小，电流响应平滑，满足高精度伺服控制需求。

（二）应用展望

1. 拓展多目标控制：在现有转速、电流控制基础上，加入转矩控制环，构建三闭环 ADRC 系统，适用于对转矩响应要求高的场景（如机器人关节驱动）。

1. 结合智能算法优化参数：当前 ADRC 参数（如 ESO 增益、NLSEF 增益）通过经验设置，未来可引入粒子群优化（PSO）、遗传算法（GA）等智能算法，实现参数自适应优化，进一步提升控制性能。

1. 硬件在环（HIL）验证：将仿真模型与实际硬件（如 DSP 控制器、PMSM 实验平台）结合，开展 HIL 仿真，验证模型在实际硬件中的可行性，为工程应用提供支撑。

1. 拓展至永磁同步电机其他类型：将模型推广至内置式 PMSM（L_d≠L_q），优化转矩方程和 ESO 观测模型，满足不同类型 PMSM 的控制需求。

六、结论

本文基于 MATLAB/Simulink 构建了基于自抗扰控制（ADRC）的永磁同步电机仿真模型，通过数学建模、模块设计、仿真验证，得出以下结论：

1. 所构建的仿真模型能够准确反映 PMSM 的动态特性，ADRC 控制模块实现了对转速的高精度跟踪和对负载扰动、参数摄动的有效抑制。

1. 与传统 PID 控制相比，ADRC 在转速响应速度、超调量、抗扰能力和鲁棒性方面均具有显著优势，更适用于复杂干扰环境下的 PMSM 控制。

1. 模型参数设置合理，仿真结果可靠，可为 PMSM 控制系统的工程设计、算法优化提供重要参考，具有较高的理论价值和实际应用意义。

⛳️ 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)[2025-12-12].DOI:10.3321/j.issn:0258-8013.2008.24.020.

[3] 侯利民,任志玲,王巍.基于自抗扰控制的永磁同步电机无源调速系统[J].电力电子技术, 2011, 45(3):3.DOI:10.3969/j.issn.1000-100X.2011.03.013.

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