電動推桿

電流前饋調節原理

在工作中，由于傳感器檢測的誤差、控制算法 及其精度和電磁干擾等因素的影響，使得電機實際 工作的電流會存在比較大的擾動，要是沒能在未影 響電機輸出之前，把它檢測出來，并消除掉，控制性 能會明顯地降低。若能在控制系統中引入電流前 饋調節環節，當一個大的擾動在未影響其輸出的情 況下能被測到，則明顯能改善控制性能。引入電流 前饋調節環節后的系統原理圖如圖2所示。

如圖 2 所示，將指令電流 id * 、iq * 與反饋電流 id、iq 比較，其差值經過電流調節器 PID 調節作 用，再求其平均值可得到在旋轉軸 d、q 坐標下的 Vd * 、Vq * 。把指令電流 id * 、iq * 經過如圖 1 所示的 等效電路，按式（3），（4）得估算電壓值 Vd、Vq 。 由于A/D 采樣過程中可能受到外界的電磁干擾， 以及控制計算誤差等因素造成反饋的電流值 id、iq 存在大的擾動，這使得反饋值 Vd * 、Vq * 與估 算值 Vd、Vq 有較大的偏差 ΔVd = Vd - Vd * ,ΔVq = Vq - Vq * ?？驁D如圖3、4所示。

圖3 求估算值 Vd,Vq 框圖

圖4 求偏差 ΔVd,ΔVq 框圖

把偏差值 ΔVd、ΔVq 加上經電流調節器所得 的旋轉軸d、q坐標下的 Vd * 、Vq * ，就得到了理論上 較為理想的值 Vd ， 、Vq ， ，然后再經過PARK逆變換 為 Vα、Vβ ，通過 SVPWM，形成 PWM 波脈沖控制 逆變器工作，最后達到控制電機的目的。通過電 流前饋調節，能使得輸出的 Vd、Vq 盡可能地達到 理想值，即使反饋電流受到較大的擾動，也能通過 電流前饋調節抵消掉擾動，并且還能夠起到電流 解耦的功能，大大提高電機控制性能的精確性。

采用電流前饋調節的重點、也是難點在于如 何取合適電流調節器的增益參數 Gi 和 Ld,Lq,Rs ,ψf 參數，使得下列的等式盡可能地相等：

如果參數太大或太小，都會使得控制性能大 大降低，所以在實際控制中，必須有一個專門設置 電流調節器參數的窗口，取到一個合適的 Gi 值， 發揮高速瞬間電流調節的作用和前饋矯正的任 務 ，因 為 其 平 均 值 代 表 了 計 算 誤 差 。 而 Ld,Lq,Rs ,ψf 的取值可參考文獻[4，5]，在不同的工 況下電機的參數會有所不同，特別是 Lq 會隨著 iq 的增大和溫度的升高而有著較為明顯的變化。對 于如何取得較為精確的電機參數，從而達到更為 精確的控制性能，當今有大量學者研究并取得了 一定的成果，如文獻[4]介紹了參數辨識及其控制 策略，能夠很好地應用到電流前饋調節中來。

單電流反饋調節控制是一種近似的解耦控制 方案，得到的是近似線性化模型，電流控制增益 的大小直接影響解耦控制性能的好壞，而實際伺 服中電流控制增益受傳感器延時、量化誤差和數 字采樣幅值相位誤差等因素影響，增益不可能取 得過大[6] 。

在相對于單反饋調節而言，當一個大的擾動在未影響其輸出的情況下能被測到，電流前饋控 制與反饋控制的聯合明顯能改善控制性能。電流 前饋調節不僅能改善控制性能，在調試中也能起 到保護電機和驅動器、防止被燒壞的作用。