基于PI-Lead控制的永磁同步电机双环位置伺服系统

为提高位置伺服系统轨迹跟踪精度及极限带宽，该文研究了一种位置-电流双环伺服结构，其位置控制采用结合相位超前环节的比例积分控制器（PI-Lead）。首先，探讨了P-PI-PI和PI-P-PI两种传统三环位置控制结构在轨迹跟踪精度上存在的局限，研究了速度前馈提升精度的机理及问题；然后，证明了PI-Lead双环结构相位超前环节对维持系统稳定的意义，详细分析了低通滤波器对系统性能的影响及其参数设计方法，给出了PI-Lead双环位置伺服系统基于闭环频域指标的参数整定策略；最后，对比分析了双环结构与传统三环结构的特点，推导了三种结构的位置极限带宽。实验结果表明，PI-Lead双环结构无需任何前馈补偿即可基本消除系统动态跟踪误差，并具有更高的位置环极限带宽。此外，由于减少了速度控制环节，其无需速度测量且参数整定更加简单。