一种交流伺服系统的电流控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于交流伺服控制技术领域，基于电压观测器和电压预测器，为一种交流 伺服的电流控制方法。
【背景技术】
[0002] 由于高效率、高功率密度、无换向刷和高精度等优点，目前交流伺服已经广泛应用 于机械加工、机器人等工业领域。交流伺服一般采用=环级联的控制方法，由内而外分为电 流环控制、速度环控制和位置环控制。在=环级联控制方法下，电流环的动态响应性能往往 是整个交流伺服系统高性能的关键。
[0003] 目前，在伺服系统中应用最为广泛的是PI控制。PI调节器作为经典控制方法，具有 结构简单，稳定可靠的优点。一般在实际应用中会尽量提高PI调节器的增益W获得更好的 响应性能，但是过高的增益会带来较大的超调乃至振动，造成稳定性的下降。因此，PI调节 器具有动态性能和稳定性相矛盾的缺点，实际应用中很难兼顾动态与稳态两个指标。
[0004] 文献1《永磁同步电机改进电流预测控制K《电工技术学报》，2013,28(3):50-55, 王伟华，肖犧，下有爽)采用了改进预测控制的方法调节电流环，文中的仿真部分和实验部 分说明了其算法的可行性。但是该方法的推导中，首先假设电压方程中的禪合项和反电势 项在短时间内保持不变(文献第3页）。而禪合项是电感、转速、电流的乘积，在许多场合，即 便是在短时间内，电流和转速的变化也是很显著的，因此禪合项短时间内是变化较大的，而 禪合项在短时间内不变运一假设就直接影响了文献1算法的准确性。
[0005] 文献2《Speed Control for PMSM Servo System Using Predictive F^mctional Control and Extended State 0bserver》（Liu,H.,&Li,S.(2012). IEEE Transactions on Industrial Electronics,59(2), 1171-1183.)采用了扩张状态观测器和预测函数控制的 方法控制伺服系统的速度环，文献方法应用于永磁同步电机先进控制技术领域，较传统方 法相比性能更为优越。但是文献方法实现较为复杂，预测函数控制方法中的滚动优化依赖 计算机优化计算，目前在工程中应用尚具有一定的难度。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的问题是:针对交流伺服现有电流控制方法动态响应性能的不足， 动态性能和稳定性相矛盾的缺点的问题，需要一种电流控制方法，在不影响稳定性的前提 下获得更好的动态响应性能。
[0007] 本发明的技术方案为:一种交流伺服的电流控制方法，基于电压观测器和电压预 测器辅助交流伺服的电流环控制，按W下步骤实现：
[000引步骤一:离散采样，W电流环控制周期Ts为采样周期进行离散采样，得到电机的d、 q轴离散电压方程；
[0009] 步骤二:d、q轴电压观测，针对电机的d、q轴离散电压方程，分别设计d轴电压观测 器和q轴电压观测器，得到k时刻的d轴电压观测量和q轴电压观测量；
[0010]步骤^:d、q轴电压预测，根据k+1之前时刻的d、q轴电压和电流，预测k+1时刻的d、 q轴电压；
[0011] 步骤四：d、q轴控制电压生成，根据k时刻的d轴电压观测量和q轴电压观测量，结合 k+1时刻的d、q轴电压预测量，生成d、q轴控制电压，用于交流伺服的电流控制。
[0012] 本发明能够实现快速且高精度的交流伺服电流控制，有益效果具体表现为：
[0013] (1)形式简单，与文献1的PI调节器相比，本发明没有将控制逻辑复杂化，同样具有 形式简单的优点。
[0014] (2)本发明设计了电压观测器，消除了禪合项等时变因素带来的影响，在此基础上 得到电流预测器，基于预测控制获得了更好的动态响应性能。
[0015] (3)图3对比说明了本发明中的控制效果。从图3中可W看出PI调节器(现有技术 1)、文献1控制方式(现有技术2)和本发明的控制方式都具有很好的稳定性，稳态误差3 0。 而在动态性能上，本发明明显优于现有技术1和现有技术2。
[0016] 为了说明动态响应性能，W超调量和调节时间为动态指标，=者对比如下表所示。 其中调节时间W进入5%〇误差带为基准。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明的步骤流程图。
[0019] 图2为本发明的控制原理框图。
[0020] 图3是本发明的有益效果仿真图，其中实现表示q轴给定电流，点线表示PI调节器 (现有技术1)的控制效果，点虚线表示文献1控制方式(现有技术2)的控制效果，虚线表示本 发明的控制效果。
【具体实施方式】
[0021] 本发明为一种交流伺服的电流控制方法，基于电压观测器和电压预测器辅助交流 伺服的电流环控制，如图1所示，按W下步骤实现：
[0022] 步骤一:离散采样，W电流环控制周期Ts为采样周期进行离散采样，得到电机的d、 q轴离散电压方程；
[0023] 步骤二:d、q轴电压观测，针对电机的d、q轴离散电压方程，分别设计d轴电压观测 器和q轴电压观测器，得到k时刻的d轴电压观测量和q轴电压观测量；
[0024] 步骤S:d、q轴电压预测，根据k+1之前时刻的d、q轴电压和电流，预测k+1时刻的d、 q轴电压；
[0025] 步骤四：d、q轴控制电压生成，根据k时刻的d轴电压观测量和q轴电压观测量，结合 k+1时刻的d、q轴电压预测量，生成d、q轴控制电压，用于交流伺服的电流控制。
[0026] 为了说明本发明的【具体实施方式】，结合Matlab R2010a进行阐述。仿真电机参数设 置为:定子电阻R为0.668 Q ;极对数np为4; d轴电感Ld为3.66恤;q轴电感Lq为3.66mH;额定电 流为4A;额定转速为3000巧m，电流环控制周期为20iis，电机采用i/ = 0控制。
[0027] 下面结合附图对本发明的实施例作详细设计步骤说明。
[0028] 步骤一:离散采样单元，W电流环控制周期Ts为采样周期进行离散采样，得到电机 的d、q轴离散电压方程。
[0029] 在本实施例中W采样周期Ts = 20ys为例，实际取值根据具体情况而定。W永磁同 步电机的电压方程为实施例，本步骤得到的电机的d、q轴离