9、电气驱动与功率变换器的PID控制系统设计

电气驱动与功率变换器的PID控制系统设计

一、永磁同步电机（PMSM）速度控制

1. 比例内环与PI外环控制
   在采用具有比例增益 $K_c$ 的替代PI控制器结构时，闭环速度响应中出现了约20%的超调。这是因为负载转矩 $T_L$ 为零，导致 $i_q$ 电流响应出现较大超调，进而影响了速度响应。
   不过，比例内环控制和PI外环控制的组合产生了稳定的闭环响应，且具有令人满意的瞬态性能。由于外环控制系统中的积分控制作用，期望电气速度与实际速度之间不存在稳态误差。而且，由于内环系统采用了简单的比例控制，内环系统实现了非常快速的动态响应。
2. PI + PI级联反馈速度控制
   • 原理 ：使用PI电流控制器时，电流控制系统的稳态误差得以消除，使得系统在参数变化时具有更强的性能鲁棒性。PI + PI配置的级联反馈控制结构与之前类似，只是内环电流控制器 $K_q^c$ 被替换为设计好的PI电流控制器。
   • 设计步骤
     • q轴电流动态系统 ：q轴电流的动态系统由一阶微分方程描述：
       $\frac{di_q}{dt} = -\frac{R_s}{L_q}i_q + \frac{1}{L_q}\hat{v} q$
       其中，$\hat{v}_q$ 与原始q轴电压的关系为：
       $v_q = \hat{v}_q + \omega_eL_di_d + \omega_e\phi {m