【《无刷直流电动机双闭环控制系统的原理与系统设计》2700字】

无刷直流电动机双闭环控制系统的原理与系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u6776无刷直流电动机双闭环控制系统的原理与系统设计 1180981.1无刷直流电动机双闭环控制系统的原理 1213931.1.1无刷直流电动机转速控制系统的组成 1303971.1.2无刷直流电动机电流、转速控制过程 3298371.2电流转速反馈通道的数学模型 3140981.3无刷直流电动机电流和转速双闭环控制系统设计 496851.3.1设计要求 4143431.3.2电流环动态结构框图 41.1无刷直流电动机双闭环控制系统的原理1.1.1无刷直流电动机转速控制系统的组成如示框图4-1所示框图给出构成了无刷直流驱动电机的中高转速自动控制管理系统的基本硬件结构及其原理及示框图:图4-1无刷直流电机控制系统组成原理框图整个电机转速位置控制驱动系统主要是由一个转速主控制回路,永磁型的无铅印刷高速直流电机发动机(其中包含内置的转速位置控制传感器、转速控制传感器)和自动计算机(例例如自动单片机、DSP等)两个转速控制驱动系统共同驱动组成,其中自动计算机转速控制驱动系统主要部件包括了典型的自动转速、电流双控制闭环自动调节和转速控制驱动环节,PWM参数生成器等。图4-1主要划分可以性的划分表现为以下几个主要方面:(1)电机主回路:一般采用交-直-电压式PWM变频器,其作用原理就是在PWM的电磁力作用下,产生所需的三相之间互差120°电角度的正方形波动。(2)单向双闭环采用转速、电流的双闭环控制器来调节起动环节:这样一来可以有效地做到避免单向双闭环的不足之处,起动时不仅能够防止过载并使电机驱动中枢的过载电流可以达到最大,而且在转速电流控制调节器上的过载电压可以达到最高。两个手动自适应加速调节器都可以有助于迅速减少刹车扰动和自己的安全动态刹车加速。在稳定的电机转速下,使得电机转速随着运动参考器周转率的不断变化而自动跟踪,实现稳定的高速运行并且没有任何静差。(3)PWM信号产生调节器:例如与图4-2周期相同,脉宽和载波频率切换幅值也相同,载波脉冲切换的信号,它们都可以认为是由一个三角形载波直流电压切换信号和一个三角形电流电压调节器在其输出的载波电压切换信号之间进行快速的对比化和计算切换得到,脉冲切换的信号又通过开关控制器功率器与开关管理器进行了快速切换。当值大时,电机控制中枢的输出电压高,绕组控制电路中的输出电流大,PWM等的输入电路所连接产生的输出电路波形占空比大;反之则会使得波形逐渐地由大到小。而由于控制电磁转矩与控制电流的转动频率和转速的成正比,因此我们可以直接用来实现转矩与控制电流转速的一个闭环控制。图4-2PWM信号产生原理图1.1.2无刷直流电动机电流、转速控制过程如本框图1.3所示,无刷直流驱动电机的负载转速自动控制操作系统主要构成包括负载电流和电机转速两个主要的转速控制操作环节。图4-3无刷直流电机转速控制系统控制框图转速的参考反馈反应容量和转速参考机的转速之间可能会相互产生一定的转速偏差,在通过转速控制调整器自动进行转速调节后就会形成一个额定电流的转速参考反馈容量。其中对于输出电流的自动反馈功能可以通过直接测量整流逆变器的整流电阻系数来直接实现。转速位置反馈则主要指的于它是一个被转速检测器感到的转速位置通过传感器,再经过转速信号视频处理优化后所计算获得的。1.2电流转速反馈通道的数学模型电流功率转速高频反馈干扰信号交流通道的干扰数学环节模型:我们通常可以把交流反馈的干扰环节模型视为也就是一个具有比例性的干扰环节,由于在各种反馈交流信号中往往包括了多种高频交流干扰信号,故而在这里我们主要采用了直接添加一个交流滤波器子环节的这种方法可用来彻底性地去除存在反馈交流信号通道中的多种高频交流干扰信号。但是如果这样这么做就很有可能会给反馈信号滤波带来延时,为了彻底消除延时这个重要环节,可以再次选择优先采用一个给定的反馈信号也再次考虑添加一个和给定反馈信号滤波时间常数一样的延时环节,这即可有效弥补此种延时误差。所以一个电流向量和反馈控制通道的电流传输功率函数a的表示形式为:（4-1）转速反馈通道的传递函数为：（4-2）其中为转速反馈系数，为电流反馈系数，为转速滤波反馈时间常数，为电流滤波时间常数。1.3无刷直流电动机电流和转速双闭环控制系统设计1.3.1设计要求电动机在高速电流起动时,要求起动电流很快地快速上升,电流也一定会快速跟随一个系统给定的起动阶跃发生变化,为了有效减小起动电流上升环系统中前向电流通道的起动干扰,并且起动电流上升环系统可以能够做到及时地快速进行起动调节,所以,良好的高速电流起动跟随性对于有效控制起动电流上升环来说也是很重要的。而且由于当驱动系统正常运行工作了很长一段时间之后就可能会严格地按照要求系统驱动的转速降小,抵抗过载负荷和其他扰动的反应能力较弱,恢复的持续时间相对较短,所以优异的驱动抗扰性对于一个驱动转速低的循环来说非常重要。1.3.2电流环动态结构框图系统中输入电流电压滞环追踪控制主要设计采用的控制方式之一就是输入电流电压滞环基本追溯控制PWM追踪控制,其基本电流控制处理方式如软件图1.4所示,PWM追踪控制的输出电流滞环输出控制方式如软件图1.5所示。该类型的电流电路控制结构内部分别具有一个不同的非线性控制环节-阻滞。这时要将发动机和传输交流电的母线紧紧串联在一起,电流逐步向下增加并向两端上升。反之,当参考实测的两个电流值偏差大小大致等于两个参考实测电流瞬时的偏差值,以至于电流达到具有滞环电极宽度的正负电极边缘时,电流就可能会逐渐大大减少。图4-4电流滞环跟踪型PWM控制结构示意图图4-5电流滞环跟踪型PWM控制电流输出波形根据电流环的基本功能和作用,在双闭环调速系统中,需要保证电流环在稳态时不会出现静差,并且需要保证在动态的过程中,还需要保证电机中心枢的电流范围不能太大,超调也不能太多,根据这些功能的要求,电流环一般都是采用典型1型系统,电流调节器被设计成一个pi调节器,这样基本上就可以完全满足要求。由前面的动态数学模型,我们就可以直接得到一个电流循环的动态数学结构图,如表4-6所示。图4-6转速控制系统电流环动态结构图在实际无刷直流电机的控制系统中,电磁时间常数远远比机电时间常数大小得多,故而电流转速发生变化的整个过程也远远比电流调节的整个过程慢很多,所以与电流的变化相比,它的逆电势变化缓慢而又快速,对于电流循环而言,逆电动势只能是一个扰动而且发生变化很慢,在电流调节的整个过程中我们完全可以把逆电势E看成一个不变性。所以我们在选择电流PI调节器的这种方式时候,可以不必再考虑到对逆电势的作用,把逆电势反馈回路切断开关,从而简化了传递函数。如图4-7所示:图4-7