無(wú)超調(diào)小功率直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、無(wú)超調(diào)小功率直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要：分析直流-轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理與設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)對(duì)電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)作說(shuō)明，提出asr（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器）和acr（電流調(diào)節(jié)器）的設(shè)計(jì)方案，并在matlab軟件上進(jìn)行仿真調(diào)試，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速無(wú)超調(diào)。 關(guān)鍵詞：調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán) 調(diào)節(jié)器 中圖分類號(hào)：tm383.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1007-3973（2013）008-123-02 1 引言 在工控中，雖然轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用了pi調(diào)節(jié)器后可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)差別控制，應(yīng)用了電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來(lái)避免過(guò)流現(xiàn)象。但此類系統(tǒng)不能控制電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程，如果系統(tǒng)中另設(shè)一個(gè)電流調(diào)節(jié)器，串聯(lián)在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器之后，形成以電流反饋?zhàn)?/p>

2、為內(nèi)環(huán)、轉(zhuǎn)速反饋?zhàn)鳛橥猸h(huán)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，便可以兼顧對(duì)轉(zhuǎn)速與電流的控制，使得控制過(guò)程更加的精準(zhǔn)與快速。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)原理與方法 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則是：先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。在這里，首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速， 故把轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán)， 以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓， 把由電流負(fù)反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán)， 把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器upe，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如圖1所示。 2.2 設(shè)計(jì)要求與給定參數(shù) 設(shè)計(jì)無(wú)超調(diào)小功率直

3、流調(diào)速系統(tǒng)，要求滿足以下指標(biāo)：轉(zhuǎn)速無(wú)超調(diào)，電流最大超調(diào)量小于5%；轉(zhuǎn)速與電流調(diào)節(jié)器均為帶限幅輸出的調(diào)節(jié)器；階躍負(fù)載擾動(dòng)作用下的恢復(fù)時(shí)間小于0.1s，電機(jī)各相關(guān)參數(shù)如表1。 3 反饋環(huán)的設(shè)計(jì) 3.1 電流內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì) （1）校正類型的選擇：從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無(wú)靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，再?gòu)膭?dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素。為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型i型系統(tǒng)。要校正成典型i型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用pi型的電流調(diào)節(jié)器。 3.2 轉(zhuǎn)速外環(huán)的設(shè)計(jì) （1）校正類型的選擇：由于需

4、要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，而且在后面已經(jīng)有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見，asr也應(yīng)該采用pi調(diào)節(jié)器。 4 仿真結(jié)果 4.1 系統(tǒng)仿真模型 在matlab中依照原理圖選擇合適模塊完成系統(tǒng)框圖。注意轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不能用普通的傳遞函數(shù)模塊，而應(yīng)采用比例積分分離器，且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出端應(yīng)加入限幅環(huán)節(jié)，以防止電機(jī)過(guò)流并使電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)線性啟動(dòng)；設(shè)計(jì)中本是不希望電流調(diào)節(jié)器進(jìn)入限幅，但為了限制了電力電子變換器的最大輸出電壓，電流調(diào)節(jié)器同樣要加以限幅。系統(tǒng)框圖如圖2所示。 4.2 仿真調(diào)試結(jié)果 系統(tǒng)調(diào)試的一般原則是：

5、先內(nèi)環(huán)后外環(huán)，因?yàn)槿绻麅?nèi)環(huán)性能稍差，不能完全滿足設(shè)計(jì)要求，還可以通過(guò)外環(huán)加以矯正，而對(duì)于外環(huán)相關(guān)參數(shù)的偏差，內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)能力明顯要差得多。因此，首先調(diào)試電流內(nèi)環(huán)的相關(guān)參數(shù)，基本符合要求后再調(diào)整轉(zhuǎn)速外環(huán)的相關(guān)參數(shù)。實(shí)際調(diào)試過(guò)程中應(yīng)在轉(zhuǎn)速反饋環(huán)加測(cè)速微分環(huán)節(jié)以減小超調(diào)量，最終實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的無(wú)超調(diào)。經(jīng)不斷調(diào)試參數(shù)：最終取toi=0.0005s時(shí)，電流的超調(diào)才滿足要求，如圖3所示。 5 結(jié)語(yǔ) 要實(shí)現(xiàn)電流超調(diào)小于5%的同時(shí)轉(zhuǎn)速無(wú)超調(diào)，必須同時(shí)有電流負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋兩個(gè)反饋。由于最終目的是控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，故轉(zhuǎn)速環(huán)必須在外，無(wú)論是電流環(huán)還是轉(zhuǎn)速環(huán)，均需要加入濾波環(huán)節(jié)，以濾除環(huán)內(nèi)的噪聲干擾，并使系統(tǒng)的型別滿足要求。matlab軟件的運(yùn)用使系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程快速、明了，是工程控制中的重要工具。 參考文獻(xiàn)： 1 薛定宇.反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析matlab語(yǔ)言應(yīng)用m.北京：清華大學(xué)出版社，2000. 2 阮毅，陳維鈞.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)m.北京：清華大學(xué)出