电机--电流环设计

一般伺服驱动器都具备位置、速度、和电流控制，框图如下图所示：

伺服驱动的电流环通常采用矢量控制方法，在很多电机控制书籍中都有很详细的介绍，本文结合具体实例，简单介绍其设计步骤。

一、电机状态方程
以隐极永磁同步电机为例，其交直轴电感相等，其等效的状态方程为： 

其中, 

将右边第一个矩阵变换成对角矩阵：

定义中间控制变量： 

 
则(1)式可重新写成如下的状态方程： 

二、控制器设计
从(4)可以看出，电压到电流的关系为典型的一阶惯性关节，采用PI控制器对其进行校正，如下图所示： 

假设d轴和q轴采用相同的控制参数，电流环的开环传递函数为： 

为使控制回路尽可能简单，我们采用零极点对消的方式选取电流环的积分时间常数： 

则开环传递函数为： 

闭环传递函数为： 
 
从(8)式可以看出，电流环是一个简单的一阶惯性环节，其静态偏差为0，电流响应快慢可通过Ki调节。 
电流环的bode图如下： 

其中，电流环的截止频率： 

若截止频率选定，则可确定电流环的比例系数： 

三、设计实例
以西门子1FT6电机为例，从数据手册可以查询到定子电阻、电感和永磁磁链等相关数据： 

已知La=4mH, Ra=7.2欧姆，根据(6)式可计算出电流环控制器的积分时间常数： 

若选取电流环截止频率为500rad/s，则根据(10)式可计算出电流环控制器的比例系数为： 
 
另外，可根据电压常量和式(3)设计出解耦控制器。

当然，以上计算都是基于理论值，实际上电阻会随温度变化而变化，不同电流下的电感值也不一样，理论计算值需要根据实际情况进行动态调整。