黃依婷，王云沖,2，史 丹,2，陳毅東，沈建新,2

(1.浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院，杭州 310027；2.浙江省電機(jī)系統(tǒng)智能控制與變流技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310027;3.深圳市兆威機(jī)電股份有限公司，深圳 518000)

0 引 言

隨著電力電子技術(shù)、電機(jī)設(shè)計(jì)理論及制造技術(shù)、控制以及計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展，伺服控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣，例如，近年來(lái)被逐漸推廣到了數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、電子制造等諸多高精尖領(lǐng)域，與此同時(shí)，3C產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展也使得小型伺服得到了更多的應(yīng)用。

國(guó)務(wù)院發(fā)布的《中國(guó)制造2025》國(guó)家行動(dòng)綱領(lǐng)中指出：工控核心部件的國(guó)產(chǎn)化是提高智能制造水平、完成制造業(yè)轉(zhuǎn)型的第一要?jiǎng)?wù)，其中數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人和新能源汽車是工業(yè)界的重點(diǎn)攻關(guān)領(lǐng)域，要加快突破伺服驅(qū)動(dòng)器等關(guān)鍵零部件的技術(shù)瓶頸[1-2]。所以，隨著我國(guó)制造業(yè)的升級(jí)，伺服控制系統(tǒng)也將會(huì)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。

永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)相比于異步電機(jī)而言，具有高效率、高功率密度、高功率因數(shù)以及優(yōu)越的控制性等優(yōu)勢(shì)，故以其為執(zhí)行元件的交流伺服系統(tǒng)逐漸成為工業(yè)界的主流，同時(shí)也是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，人們對(duì)該系統(tǒng)抗擾性、快速性以及魯棒性等性能的要求也隨之變得越來(lái)越高。本文從永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)等幾個(gè)方面進(jìn)行綜述。

1 永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和發(fā)展歷程

伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歲月。20世紀(jì)60年代以前是液壓伺服系統(tǒng)的興盛期，而后，伺服系統(tǒng)逐漸向電氣化演變。60、70年代直流伺服系統(tǒng)全面發(fā)展，但直流電機(jī)存在換向火花的問(wèn)題，制約了它的應(yīng)用。交流電機(jī)相較于直流電機(jī)而言有不存在換向火花、慣量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，故80年代開(kāi)始交流伺服系統(tǒng)迅猛發(fā)展，至今，絕大部分的伺服系統(tǒng)都采用交流伺服系統(tǒng)[3-4]。

交流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件主要有兩種：異步電機(jī)和同步電機(jī)。相比之下，前者功率因數(shù)較低、自身的機(jī)械特性較軟，且其轉(zhuǎn)子電阻會(huì)隨著溫度的變化而變化，影響矢量控制時(shí)磁場(chǎng)定向準(zhǔn)確性，故目前交流伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件多采用同步電機(jī)。相比于電勵(lì)磁同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)的功率密度和效率更高，所以，隨著越來(lái)越多高性能永磁材料的出現(xiàn)，永磁同步電機(jī)逐漸成為近年來(lái)的焦點(diǎn)，永磁交流伺服系統(tǒng)也隨之成為研究熱點(diǎn)，被應(yīng)用到了工業(yè)控制、辦公自動(dòng)化、智能家電等諸多領(lǐng)域中[5-6]。

圖1為永磁交流伺服控制系統(tǒng)的基本框圖。圖中，θref和θ分別代表電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位置角的給定和實(shí)際機(jī)械位置角；nref與n分別為轉(zhuǎn)速給定和實(shí)際轉(zhuǎn)速；iqref和idref分別代表PMSM的交直軸電流給定值；iq、id分別表示PMSM的交直軸電流實(shí)際值；ia、ib、ic代表PMSM的A、B、C三相電流；udref和uqref分別為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系內(nèi)直軸(d軸)和交軸(q軸)上的給定電壓；uαref和uβref分別為兩相靜止坐標(biāo)系內(nèi)α與β軸上的給定電壓。

圖1 永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)基本框圖

永磁交流電機(jī)的位置伺服系統(tǒng)包括電流環(huán)、速度環(huán)與位置環(huán)在內(nèi)的三閉環(huán)控制(當(dāng)然，在位置伺服系統(tǒng)中，也有采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)的，即位置外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)。在轉(zhuǎn)速伺服系統(tǒng)中，通常是轉(zhuǎn)速外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)。甚至還有電流單閉環(huán)的，即轉(zhuǎn)矩伺服系統(tǒng)。圖1所示的三閉環(huán)系統(tǒng)是典型的控制結(jié)構(gòu)，雙閉環(huán)或單閉環(huán)可以視作三閉環(huán)的簡(jiǎn)化。)，三環(huán)之間緊密耦合，內(nèi)環(huán)會(huì)影響外環(huán)的性能，故為了提高系統(tǒng)整體的性能，針對(duì)這三個(gè)環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者都做了大量的研究，下一節(jié)將對(duì)其國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀作詳細(xì)介紹。

2 永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 電流環(huán)研究現(xiàn)狀

電流環(huán)作為伺服系統(tǒng)的最內(nèi)環(huán)，需有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和較高的控制精度，它制約了外環(huán)的響應(yīng)速度，其控制性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，故很多學(xué)者都致力于研究如何改善電流環(huán)的性能。

在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，PMSM的數(shù)學(xué)模型如式為

(1)

式中，uq、ud為定子電壓的交直軸分量，Ld、Lq分別為直軸與交軸同步電感，Rs為定子電樞電阻，ωr為電角速度，ωm為機(jī)械角速度，ωr=pωm，p為磁極對(duì)數(shù)，Ψf為永磁體勵(lì)磁磁鏈，Bm為粘滯摩擦系數(shù)，J為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Te為電磁轉(zhuǎn)矩，TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Tf為靜摩擦轉(zhuǎn)矩。

由式(1)可知，永磁同步電機(jī)id=0控制策略僅實(shí)現(xiàn)了交直軸電流之間的靜態(tài)解耦，不能消除它們之間的動(dòng)態(tài)耦合關(guān)系(如圖2所示)，這種耦合關(guān)系會(huì)使得電流環(huán)的控制精度在電機(jī)轉(zhuǎn)速上升時(shí)下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢，同時(shí)增加電流響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)紋波，加劇轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，故動(dòng)態(tài)解耦問(wèn)題始終是電流環(huán)的研究熱點(diǎn)之一[7]。

圖2 永磁同步電機(jī)交直軸電流動(dòng)態(tài)耦合

隨著人們對(duì)電流環(huán)性能要求的提高，出現(xiàn)了越來(lái)越多的解耦策略，如圖3所示。

圖3 電流環(huán)動(dòng)態(tài)解耦策略

其中，最常用的解耦策略是電流反饋解耦，它將耦合影響通過(guò)前饋的方式抵消[8]，但該方法依賴于電機(jī)模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，若控制過(guò)程中電機(jī)的電感、磁鏈等參數(shù)發(fā)生變化，其解耦效果就會(huì)變差[9-10]；復(fù)矢量解耦控制通過(guò)在傳統(tǒng)PI控制器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)隨轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化的零點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)的零極點(diǎn)對(duì)消，以消除耦合的影響，它擁有良好的解耦效果，并具有一定的參數(shù)魯棒性[11-14]；偏差解耦控制將交叉耦合控制與直接控制相結(jié)合，在實(shí)現(xiàn)解耦的同時(shí)，解決了前者低速時(shí)控制效果差的問(wèn)題，且其相較于電流反饋解耦方法而言，對(duì)于模型參數(shù)的精度要求更低，魯棒性更強(qiáng)[15-17]。但文獻(xiàn)[18]指出傳統(tǒng)偏差解耦控制策略的效果仍在一定程度上依賴于模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，故在其基礎(chǔ)上引入干擾觀測(cè)器，把觀測(cè)到的由id、iq耦合和參數(shù)變化導(dǎo)致的電壓誤差反饋到輸入端，以抵消動(dòng)態(tài)耦合與參數(shù)誤差的影響，進(jìn)一步降低解耦策略對(duì)參數(shù)精度的依賴性。文獻(xiàn)[19-21]將源于化工行業(yè)的內(nèi)?？刂埔腚娏鳝h(huán)中，該控制方式也具備一定的解耦效果，且其控制參數(shù)可由期望的閉環(huán)帶寬直接計(jì)算得出，省去了PI控制器反復(fù)調(diào)參的步驟[15,22-23]，降低了設(shè)計(jì)者的工作量。

此外，為了降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，除了動(dòng)態(tài)解耦以外，還有學(xué)者提出了一些其它方法來(lái)降低電流環(huán)電流響應(yīng)的諧波含量。文獻(xiàn)[24]在模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上引入改進(jìn)的模型預(yù)測(cè)電流控制，顯著減小了穩(wěn)態(tài)時(shí)的電流諧波，降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；文獻(xiàn)[25]利用根軌跡分析了電流環(huán)帶寬對(duì)穩(wěn)定性的影響，并使用二自由度PI控制，加快了電流環(huán)的響應(yīng)收斂速度，以避免電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)電流響應(yīng)出現(xiàn)持續(xù)低頻振蕩的現(xiàn)象。

2.2 速度環(huán)研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的PI控制以其原理簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)早年在伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，但它依賴于被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的精確性，控制性能受運(yùn)行工況或電機(jī)參數(shù)變化的影響較大，無(wú)法滿足現(xiàn)今對(duì)高性能伺服系統(tǒng)的要求。所以，將模糊控制[26-31]、滑模控制[32-36]、自適應(yīng)控制[37-40]等各類現(xiàn)代控制策略單獨(dú)或互相結(jié)合應(yīng)用到伺服系統(tǒng)的速度環(huán)中，以改善速度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，增強(qiáng)其魯棒性和抗擾性[41]，逐漸成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，同時(shí)，高性能處理芯片的出現(xiàn)也使得這些復(fù)雜的控制策略得以應(yīng)用到實(shí)際伺服系統(tǒng)中[42]。

如圖4所示，現(xiàn)代控制算法包括自適應(yīng)控制、智能控制和變結(jié)構(gòu)控制[43]等多種控制方案。

圖4 現(xiàn)代控制算法簡(jiǎn)要分類

其中，自適應(yīng)控制方法對(duì)參數(shù)變化具備較強(qiáng)的適應(yīng)能力，它分為直接和間接自適應(yīng)控制。直接自適應(yīng)控制通過(guò)計(jì)算誤差直接調(diào)整控制增益，多用于線性控制系統(tǒng)；間接自適應(yīng)控制利用辨識(shí)得到的系統(tǒng)參數(shù)間接調(diào)整控制增益，設(shè)計(jì)思路較為簡(jiǎn)單。文獻(xiàn)[44]設(shè)計(jì)了一種離散時(shí)間自適應(yīng)速度控制器，利用最小二乘法辨識(shí)機(jī)械參數(shù)，實(shí)現(xiàn)間接自適應(yīng)控制，該控制器能夠在系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)較大變化時(shí)保持優(yōu)良的控制性能，具備較強(qiáng)的魯棒性，但其參數(shù)辨識(shí)的計(jì)算量較大，受處理器計(jì)算能力的限制，收斂需要一定的時(shí)間，對(duì)于速度響應(yīng)的快速性有一定影響。

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能控制也逐漸成為伺服系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)[45-46]。模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Control, FLC)是實(shí)現(xiàn)智能控制的途徑之一，它不涉及系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型，作為一種魯棒性較強(qiáng)的控制方案，廣受國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的青睞。上世紀(jì)60年代，Zadeh率先提出模糊集合的概念[47]，為模糊控制的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)，而后，新竹清華大學(xué)的Liaw、Wang[48]和紐芬蘭紀(jì)念大學(xué)的Uddin等人[49]分別將依據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的FLC應(yīng)用到異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中，使得系統(tǒng)擁有更強(qiáng)的魯棒性和抗干擾能力，可以適應(yīng)不同的運(yùn)行工況。文獻(xiàn)[28、31]將自適應(yīng)模糊邏輯控制和粒子群優(yōu)化等智能化方案，應(yīng)用到PMSM的直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)中，有效地降低了磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，改善了速度動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

如圖5所示，實(shí)現(xiàn)模糊邏輯控制的方案有兩類：根據(jù)模糊理論在線調(diào)整PI參數(shù)，構(gòu)成模糊PI控制器或直接用模糊控制器替代PI控制器。

圖5 模糊邏輯控制算法的兩類方案

文獻(xiàn)[42]采用前者，利用速度誤差及其變化率，根據(jù)模糊規(guī)則庫(kù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)PI參數(shù)，有效地提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度及穩(wěn)定性，減小了超調(diào)，但PI參數(shù)的調(diào)整涉及多個(gè)規(guī)則庫(kù)，需占用較大的CPU存儲(chǔ)空間，且程序運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)；而文獻(xiàn)[50]利用自適應(yīng)模糊邏輯控制器(Adaptive Fuzzy Logic Control, AFLC)替代傳統(tǒng)的PI控制器，改善了速度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，且只涉及一個(gè)模糊規(guī)則庫(kù)，設(shè)計(jì)過(guò)程較為簡(jiǎn)單，占用的存儲(chǔ)空間較小。與此同時(shí)，該文還利用速度誤差自適應(yīng)調(diào)整FLC的輸出比例因子，以進(jìn)一步增強(qiáng)其魯棒性，減小穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出電流中的諧波含量。

2.3 位置環(huán)研究現(xiàn)狀

伺服系統(tǒng)現(xiàn)多用于高精尖領(lǐng)域，若其位置響應(yīng)出現(xiàn)超調(diào)，則有可能損壞工件，引發(fā)安全事故，或降低控制性能。故為了將位置環(huán)矯正成典I系統(tǒng)，令系統(tǒng)響應(yīng)接近臨界阻尼，不出現(xiàn)超調(diào)，位置控制器通常采用比例控制器[51]。但比例控制器系數(shù)的選取與系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)，單純的比例控制器魯棒性較差難以滿足高性能伺服系統(tǒng)的要求，故在位置環(huán)中采用各類現(xiàn)代控制策略也同樣成為近年來(lái)的熱點(diǎn)。

文獻(xiàn)[52]將模糊控制與比例控制相結(jié)合，設(shè)計(jì)了PI-模糊混合控制器以加快位置響應(yīng)的速度，但該混合控制器有多種控制模式，需要額外確定不同控制模式的作用切換時(shí)間，設(shè)計(jì)較為繁瑣。

變結(jié)構(gòu)控制以其魯棒性較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)也受到了很多的關(guān)注。它最早在上世紀(jì)中葉由Emelyanov提出[41]，由繼電器控制發(fā)展而來(lái)，它包含多種控制方法，如圖6所示?；？刂?Slide Mode Control, SMC)屬于變結(jié)構(gòu)控制的一個(gè)支系，它通過(guò)滑模面兩側(cè)的不連續(xù)控制使系統(tǒng)的相點(diǎn)沿預(yù)先設(shè)計(jì)好的滑模面運(yùn)動(dòng)，當(dāng)相點(diǎn)位于滑模面上時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)不會(huì)受內(nèi)部參數(shù)變化和外部擾動(dòng)的影響，具有較強(qiáng)的魯棒性，故該控制方式在高性能伺服系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用[53-56]。

圖6 變結(jié)構(gòu)控制的簡(jiǎn)要分類

傳統(tǒng)滑模位置控制器對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)只包含兩個(gè)閉環(huán)——位置環(huán)與電流環(huán)，SMC的輸出為電流給定，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失去對(duì)速度的控制能力。為解決該問(wèn)題，有學(xué)者提出將SMC的整個(gè)控制過(guò)程分為速度和位置兩個(gè)控制階段，每個(gè)階段采用不同的滑?？刂品椒?，并在前一階段將速度波形設(shè)計(jì)為梯形或指數(shù)形式，以滿足速度控制的需要[33,57]，但該方案涉及多個(gè)滑模面。所以，為了在滑模位置控制器結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的前提下保證系統(tǒng)對(duì)電機(jī)速度的控制能力，可將SMC應(yīng)用到包含位置、速度、電流三個(gè)閉環(huán)的PMSM伺服控制系統(tǒng)的位置環(huán)中，令其輸出為速度給定，直接傳遞到設(shè)計(jì)好的速度環(huán)中，以保證速度響應(yīng)的性能。

一般的滑?？刂撇捎镁€性滑模面，系統(tǒng)的相點(diǎn)在接近平衡點(diǎn)時(shí)，收斂速度會(huì)變慢，具有無(wú)限時(shí)間收斂特性；而采用終端滑模面的系統(tǒng)，其相點(diǎn)在到達(dá)滑模面后，將在有限時(shí)間內(nèi)收斂到零，故它作為一種非線性的滑模面在滑模控制伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[58]。文獻(xiàn)[59]設(shè)計(jì)了一種采用積分終端滑模面的滑模控制器，并將其與狀態(tài)觀測(cè)器相結(jié)合，應(yīng)用到了位置伺服系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)位置響應(yīng)速度更快，且有著更強(qiáng)的魯棒性與抗干擾性。

由于滑?？刂频牟贿B續(xù)性，滑模運(yùn)動(dòng)存在抖振問(wèn)題。為了削弱抖振，提高位置響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)精度，學(xué)者們做了大量的研究工作，如圖7所示，目前主流的幾種削弱抖振的方法有：邊界層法、趨近律法以及高階滑?？刂品╗60]。鑒于邊界層法的邊界層寬度較難確定，且會(huì)在一定程度上犧牲SMC的抗擾性能，而高階滑模較為復(fù)雜，涉及多階導(dǎo)數(shù)，故很多學(xué)者選擇趨近律法來(lái)抑制抖振，其中有學(xué)者通過(guò)采用連續(xù)的趨近律來(lái)替代不連續(xù)的趨近律，在一定程度上解決了常規(guī)滑模控制器的抖振問(wèn)題[59]。

圖7 滑模控制削弱抖振的方法

國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者都對(duì)于改善永磁交流伺服系統(tǒng)的性能付出了大量的心血，國(guó)外一些知名企業(yè)如西門(mén)子、安川、科爾摩根等早在上世紀(jì)就推出了交流伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。而我國(guó)伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)起步較晚，目前，一些國(guó)內(nèi)知名企業(yè)如匯川、固高等也都相繼推出了一系列性能較為優(yōu)良的伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，但由于總體發(fā)展時(shí)間較短，其性能依舊落后于國(guó)際先進(jìn)水平，還有很大的發(fā)展空間。下一節(jié)將簡(jiǎn)要介紹永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展方向。

3 永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)概述

總結(jié)來(lái)說(shuō)，永磁交流伺服系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)可歸為以下幾個(gè)方面：

(1)數(shù)字化

近年來(lái)，DSP、MCU的功能不斷完善、價(jià)格不斷下降，越來(lái)越多的芯片支持浮點(diǎn)運(yùn)算，用戶可快速編寫(xiě)程序而不受定點(diǎn)運(yùn)算的限制，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程的同時(shí)也使得更多的現(xiàn)代先進(jìn)算法得以在數(shù)字系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。一些芯片甚至有專門(mén)針對(duì)電機(jī)控制的開(kāi)發(fā)板以及軟件平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)參數(shù)的在線調(diào)試、波形觀測(cè)以及電機(jī)參數(shù)的在線識(shí)別等功能，使得電機(jī)的數(shù)字化伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)便，縮短了開(kāi)發(fā)周期的同時(shí)，進(jìn)一步推動(dòng)了伺服系統(tǒng)的數(shù)字化進(jìn)程。

(2)智能化

伺服系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的魯棒性和抗干擾能力，故各類基于智能控制理論的系統(tǒng)控制策略如模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等都將被應(yīng)用到伺服系統(tǒng)中，每種控制方法都有其優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，所以將各種智能化的控制方法相互結(jié)合以獲得更好的控制性能也將是未來(lái)的研究熱點(diǎn)之一[61]。同時(shí)，先進(jìn)的控制器將兼容多種型號(hào)的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)參數(shù)的離線或在線辨識(shí)，具備先進(jìn)的參數(shù)自整定功能，以省去用戶反復(fù)調(diào)參的步驟，且電機(jī)參數(shù)與每次調(diào)試的控制器參數(shù)都可被儲(chǔ)存在Flash當(dāng)中，以便下次使用。這樣具備參數(shù)記憶與參數(shù)自整定功能的高度智能化的控制器必將成為將來(lái)伺服驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)的主流。

(3)采用新型電力電子器件

逆變器是交流伺服系統(tǒng)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，一般來(lái)說(shuō)，逆變器的開(kāi)關(guān)頻率越高，伺服系統(tǒng)的性能越好，所以，碳化硅、氮化鎵等第三代電力電子器件替代傳統(tǒng)的硅器件以提升開(kāi)關(guān)頻率，逐漸成為近年來(lái)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。與此同時(shí)，功率半導(dǎo)體器件也不斷向集成化、模塊化發(fā)展，逆變器的體積也將逐漸縮小?？偠灾?，新型電力電子器件的出現(xiàn)與應(yīng)用將使伺服系統(tǒng)性能更佳，體型更小。

4 結(jié) 論

伺服系統(tǒng)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，已基本完成向電氣化演變的過(guò)程。目前，以永磁同步電機(jī)為執(zhí)行器的交流伺服系統(tǒng)已成為工業(yè)界的主流，同時(shí)也是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。

本文首先介紹了永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程、總體結(jié)構(gòu)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。作為典型案例，該系統(tǒng)包含電流環(huán)、速度環(huán)與位置環(huán)在內(nèi)的三閉環(huán)控制。為提升系統(tǒng)性能，使其滿足人們對(duì)抗擾性、快速性以及魯棒性等性能的高要求，現(xiàn)階段研究者們普遍將各類現(xiàn)代控制算法應(yīng)用到伺服系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，以替代傳統(tǒng)魯棒性較差的PI控制器。

最后，對(duì)永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的未來(lái)做出了展望?？傮w來(lái)說(shuō)，其發(fā)展趨勢(shì)可歸結(jié)為三個(gè)方面：數(shù)字化、智能化以及采用碳化硅、氮化鎵等新型電力電子器件。