第四章 電流控制器設計
4.2 所提電流控制架構
4.2.1 電流命令前饋迴路
在 4.1 節中所提及的回授控制，可以讓馬達運作於命令轉速或命令電流值，然其電 流運作狀況下的追隨並不理想。接下來嘗試在回授控制架構下加入不同的控制器，對系 統作補償：在本節中先將擾動控制器略去，單純討論 PI 加上電流前饋控制的架構。
在理想的狀況下，假若馬達在運作時相當的穩定，而馬達在運轉時溫度的變化很 小，因此而有變動的線圈電阻以及電感值可以略去不計。在此狀況下假設馬達上的參數 值皆為固定，經過實際測量後可以得到線圈上的電感值 L 以及電阻值 r 。除此之外，在 轉動時產生的感應電動勢以及開關組態產生的壓降會成為馬達的擾動，假設此兩訊號的 值極小，可以略去不計。
命令前饋控制 (command feed-forward control)是將系統中的命令拉出，在不考慮回 授的狀況下進入一組電流前饋控制器Gf (s)運算，電流控制器的參數依照馬達的參數而 定。電流前饋控制器Gf (s)的參數，主要是將整個迴圈的增益算出並取其倒數，用意是 希望電流命令經過反流器以及電器模型後成為馬達運作的電流。此理想狀況下命令與回 授相等，則電流沒有誤差存在，此時原本的電流控制器不會作用，整個系統的命令將由
) (s
Gfc 部分處理，馬達亦會一直維持在理想的操作狀態，整體的架構圖如圖 4.3 所示。
*
ik vcont,k vko
ik
) (s Gf
k
vf,
k
vpi,
)]
( ) ˆ [(
2
2 1 2
1 L s r r
V L v
dc
tri + + +
) ( ) (
1
2 1 2
1 L s r r
L + + +
tri dc
v V 2ˆ )
(s Gpi
圖 4.3 前饋電流控制等效方塊圖(理想狀況)
利用前饋控制器的補償，會減少 PI 控制器的輸出大小並提高控制命令的比重，對 於變動命令下的追隨有良好的效果。因為控制命令vcont,k為兩組命令的總和，屬於 PI 部 分的命令v 大小有縮減，這部份的縮減同時也減少了系統存在的擾動pi e1,k +e2,h +vno， 擾動在此狀況下假設很小可以忽略。在忽略原本電流控制器輸出v 的運作，可以看出pi vf 的輸出如式(4.6)：
k
而式(4.7)的方程式可以進一步做簡化，如(4.10)所示
) ) (
( ) (
1 2ˆ
2
) ) ( ( ) (
1 2ˆ
1
2 1 2
1
2 1 2
1
*
s r G
r s L L v V
s r G r s L L v V
i i
pi tri
dc
pi tri
dc
k k
+ + + +
+ + + +
= (4.10)
利用圖4.3的控制架構可以將系統的誤差追隨改善，但由於馬達運作時會產生感應電 動勢以及擾動等不理想的因素，而這部份的值通常大到足以影響馬達的運作，此外馬達 線圈在運作時的變動也是個不可忽略的因素。這些問題在實際馬達運作當中皆會產生，
並且對馬達造成影響，因此類似式(4.7)的狀況不會發生，加入的電流命令前饋控制器在 實際的狀況下追隨的效果並不理想。
假若能夠將擾動的成分儘量的減少，使馬達模型更加趨於理想，則透過電流命令前 饋控制器可以得到更好的效果，因此接下來討論加入擾動前饋控制迴路的架構。