哈尔滨工业大学张文韬等：一种提高永磁同步电机伺服系统速度并减小超调振荡的改进前馈控制策略

摘要：W. Zhang, Y. Zhang, Y. Xu and J. Zou, "An Improved Feedforward Control Strategy to Promote the Rapidity of PMSM Servo System and R

An Improved Feedforward Control Strategy to Promote the Rapidity of PMSM Servo System and Reduce Overshoot Oscillation

Wentao Zhang; Yan Zhang; Yongxiang Xu; Jibin Zou

Harbin Institute of Technology, Harbin, China

W. Zhang, Y. Zhang, Y. Xu and J. Zou, "An Improved Feedforward Control Strategy to Promote the Rapidity of PMSM Servo System and Reduce Overshoot Oscillation," in CES Transactions on Electrical Machines and Systems, vol. 9, no. 1, pp. 100-109, March 2025, doi: 10.30941/CESTEMS.2025.00008.

摘要

在大惯性负载条件下，伺服系统的稳定性对响应速度更为敏感，更容易产生超调振荡。为了实现大惯性负载下永磁同步电机（PMSM）的高精度和快速响应控制，提出了一种基于位置脉冲补偿和 PD 迭代算法的改进型前馈控制策略，以提高 PMSM 伺服系统的响应速度并减少超调振荡。本文分析了 PMSM 速度伺服系统和位置伺服系统的数学模型，计算了 PMSM 伺服系统的位置超调脉冲，并改进了传统的前馈控制策略，在位置即将超调时进行反向补偿。此外，为了进一步减少位置超调，在不增加算法复杂度的情况下叠加了 PD 迭代控制算法，通过多次运行不断修正输入信号，以实现更平滑的响应控制。通过仿真和实验验证了所提出的前馈控制策略的有效性。

Abstract

Under the condition of large inertia load, the stability of the servo system is more sensitive to the response speed and more likely to produce overshoot oscillations. In order to realize the requirements of high-precision and fast-response control of permanent magnet synchronous motor (PMSM) under large inertia load, an improved feedforward control strategy based on position impulse compensation and PD iterative algorithm is proposed to improve the response speed of the PMSM servo system and reduce the overshoot oscillation. This paper analyzes the mathematical models of the speed servo system and position servo system of the PMSM, calculates position overshoot impulse of the PMSM servo system, and improves the traditional feedforward control strategy to reversely compensate when the position is about to overshoot. Moreover, in order to further reduce the position overshoot, the PD iterative control algorithm is superimposed without increasing the complexity of the algorithm. The input signal is continuously corrected through multiple runs to achieve a smoother response control. The effectiveness of the proposed feedforward control strategy is verified by simulation and experiment.

PD迭代控制结构图

作者信息

张文韬，山东人，哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院副研究员。他于2021年获得哈尔滨工业大学电气工程博士学位，同年入选哈工大春雁英才计划。他研究方向包括永磁同步电机驱动器和控制算法。

张岩，河南人，哈尔滨工业大学电气工程硕士研究生。研究方向包括永磁电机驱动和控制。

徐永向(Member, IEEE)，哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院特种电机研究中心主任、长聘教授。分别于2001年和2005年获得哈尔滨工业大学电气工程硕士和博士学位。研究方向包括永磁电机设计和控制。

邹继斌(Senior Member, IEEE)，哈尔滨工业大学特种电机与驱动控制系统团队学术带头人、长聘教授。分别于1984年和1988年获得哈尔滨工业大学电气工程硕士和博士学位。自1985年以来，一直从事电机的研究，研究方向包括特种电机设计和控制。

《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》(CES TEMS)是中国电工技术学会和中国科学院电工研究所共同主办、IEEE PELS学会技术支持的英文学术期刊。期刊发表国内外有关高性能电机系统、电机驱动、电力电子、可再生能源系统、电气化交通等研发及应用领域中原创、前沿学术论文。中国工程院院士马伟明担任主编，IEEE 副主席 Don Tan 博士为国际主编。目前已被ESCI、EI、Scopus、 Inspec、Google scholar、IEEE Xplore、中国科学引文数据库(CSCD) 核心版、DOAJ、CSTPCD、知网、万方、维普等数据库收录。

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