永磁同步电机矢量控制（三）——电流环 PI 参数整定

1、预备知识

这节设计到的知识，包括自动控制系统的工程设计方法。

通常情况下，一个实际系统可以通过工程上的近似处理和调节器校正变换成 典型I（前面已讲） 或 典型 II 系统。

本节用到的工程上近似处理方法：小惯性群的近似处理，自动控制系统中有多个小时间常数的惯性环节相串联的情况，在一定条件下可以将这些小惯性环节合并为一个惯性环节。

调节器的结构选择的基本思路：将控制对象校正成典型I或者典型II系统。

2、 电流内环调节器设计

矢量控制系统的电流环是对 iq进行控制，控制的是定子电流，进而控制电机转矩。
电流内环的作用：在电机启动过程中能够以最大电流启动，同时在外部扰动时能够快速恢复，加快动态跟踪响应速度，提高系统的稳定性。

上图为电流内环的流程图，电流内环的输入为电流信号的误差值，输出为参考电压，控制电动机转矩。第一个环节是PI调节器（传函上节已讲），第二个环节是延迟环节，第三个环节是PWM环节。其中延迟环节和PWM逆变器环节的传函都是惯性环节。其中电机传递函数可通过近似处理为：

说下电机传函的由来，前面讲过电机在qd坐标系下忽略耦合项的电压平衡方程：

上式拉式变换就得到电机的传函。

在开关频率为15KHZ时，PWM逆变器和延迟环节的时间常数就很小。工程近似就可以把延迟环节和PWM环节合并处理，记 td = Ts ,并将 Kpwm（PWM逆变器的增益）看成 1 来处理：

因为时间常数Ts很小，那么分母的二次项系数可以看做0.

则可得以下流程图：

对以上流程图分析，将电流环按照典型的 I 型系统来整定。
则开环传递函数：

上图中PI调节器的传函化成了尾I型 $K_i=\frac{K_p}{T_i}$，若使得 Ti = Lq / R 可以得到 整定后开环传函：

$G_{(s)}=\frac{K_p}{T_i\ast R\ast s\ast (1.5T_{s}s+1)}=\frac{K_p}{L_q\ast s\ast (1.5T_{s}s+1)}$

与典型I型二阶系统的开环传函对比：

其中 $K=\frac{K_p}{L_q}，T=1.5T_s$ 典型I型二阶系统按工程最佳整定 $KT=0.5$（前面已讲）计算得出：

其中Ts为PWM的周期。这样PI调节器的 Kp， Ki参数就确定了。