10、电气驱动与功率变换器的PID及预测控制解析

电气驱动与功率变换器的PID及预测控制解析

1. 速度和位置的级联控制

1.1 级联控制原理

在电气驱动控制中，速度和位置的级联控制是一种常见且有效的控制策略。对于电流 $i_{sq}$ 的内环控制，由于系统存在非线性和耦合项，通常采用带有前馈补偿的PI或P控制器。而外环速度控制则通过调节电流 $i_{sq}$ 的设定点来实现控制目标。

速度 $\omega_m$ 依赖于 $i_{sq}$ 和 $\psi_{rd}$ 。为使外环速度控制获得理想的闭环性能，需尽量减小 $\psi_{rd}$ 的变化，使其能近似为线性时不变系统，即让其值在闭环反馈控制中收敛到预期的稳态值。理想情况下，对 $\psi_{rd}$ 应采用级联反馈和前馈控制，内环使用带前馈线性化的比例控制器，通过调节 $u_{sd}$ 控制 $i_{sd}$ ；外环使用PI控制器，通过调节设定点信号 $i_{sd}^*$ 控制 $\psi_{rd}$ 。但该级联控制策略需要 $\psi_{rd}$ 作为反馈信号，而此信号通常无法直接测量。

1.2 级联控制设计步骤

1.2.1 内环比例控制器设计

从方程 (3.105) 出发，定义辅助变量 $\hat{u} {sq}(t)$ ：
[
\frac{1}{r {\sigma}\tau_{\sigma}’}\hat{u} {sq}(t) = \frac{1}{r {\sigma}\tau_{\sigma}’}u_{sq}(t) - \omega_s(t)i_{sd}(t) - \frac{k_r}{r_{\sigma}\tau_{\sigma}