【《通过PID控制器调整马达的运行和速度系统方案设计案例》5300字】

通过PID控制器调整马达的运行和速度系统方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u130通过PID控制器调整马达的运行和速度系统方案设计案例 1241571.1电动机参数及设计要求 156011.2方案选择及系统框图 181341.1.1方案一：转速单闭环直流电机调速系统 1178471.1.2方案2：旋转速度，电流双封闭直流电动机速度调整系统 2189991.1.3方案三：双闭环脉宽调速系统 3220581.3系统工作原理 3124571.3.1双闭环调速系统静态特性[24] 315591.3.2双闭环系统启动过程分析 5305261.3.3双闭环调速系统的动态抗扰动性能 7120061.3.4双闭环调速系统中两个调节器的作用 721201.4直流电机速度控制仿真研究原理 81.1电动机参数及设计要求具体设计要求：（1）通过PID控制器调整马达的运行和速度，建立MATRAB设计的控制器模型进行模拟；（2）系统要求过电流、过压、超负荷保护；（3）请求触发脉冲的故障封锁能力。1.2方案选择及系统框图1.1.1方案一：转速单闭环直流电机调速系统封闭型系统比开放型系统有以下优点。（1）减速少，特性坚硬。（2）系统的停车率降低，稳定速度高。（3）系统的调速范围大大提高，独立的转速封闭调速系统是最基本的反馈控制系统，具有反馈控制系统的基本规律，该系统的结构图在图3.1中体现。图3.1转速单闭环直流调速系统原理框图ASR-转数环GT-触发装置TA-变压器TG-速度测量发电机Un/Un-旋转速度指定电压和旋转速度反馈电压1.1.2方案2：旋转速度，电流双封闭直流电动机速度调整系统使用旋转速度的负反馈和PI调节器的单闭合速度系统，系统可以在稳定状态下实现旋转速度的无政府差，当系统对动态性能要求较高时，如急刹车、突起负载的动态速度下降等单一封闭系统无法满足需求，这是因为需要封闭系统，无法完全控制动态过程的电流和谈话。为了分别起到旋转速度和电流两个负面反馈的作用，在旋转速度和电流的双配对速度调节系统中设置两个调整器，分别调节旋转速度和电流，在它们之间进行串联，良好的静态和动态双焦点系统的两个调整器一般使用PI调节器来获得性能，图中旋转速度调节器的输出是电流调节器的输入，是电流调节器的输出控制电力电子转换器。图3.2转速、电流双闭环直流调速系统原理框图ASR—转速环节ACR—电流环节GT—触发装臵TG—测速发电机TA—电流互感器1.1.3方案三：双闭环脉宽调速系统一般运动、静态性能良好的速度调节系统采用旋转速度、电流双封闭控制方式，脉冲宽度的速度调整也不例外；双配对脉冲宽度调制系统的原理结构图为脉冲宽度调制器UW，调制波产生器GM，逻辑延迟环DMD，基于功率晶体管的驱动GD，其中最重要的组成要素是脉冲宽度调制器，脉冲宽度调制器是电压-脉冲宽度转换装置，由电流调节器ACR输出的控制电压Uc控制，PWM设置所需的提供脉冲信号，脉冲宽度与Uc成比例。UPW-脉冲宽度调制器GM调制波发生器GD-Bess带驱动器DMD-逻辑延迟环PWM-脉冲宽度调制转换器FA-瞬间启动的限制电流保护通过三个方案的比较，旋转速度的单一封闭速度调整系统在稳定的系统中，旋转速度不稳定，但在要求动态性能的高系统中，在单一封闭环系统中，根据需求，完全控制动态过程的电流和谈话不得已，在旋转速度、电流双闭环的速度调节系统中设置两个调节器，调节旋转速度和电流可获得良好的静态、动态性能，该设计最终采用方案2，调节旋转速度、电流双闭合速度全部。1.3系统工作原理1.3.1双闭环调速系统静态特性[24]为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构图，如图图3.3双闭环调速系统稳态结构图图3.4双闭环调速系统的静特性分析静态特性的关键在于掌握这种PI调节器的稳定特性，通常有两种情况，饱和-输出达到无限值，不饱和-输出达不到无限值，当调整器处于饱和状态时，出口是固定值，进口是固定值如果输入信号不影响出口，相反，如果输入信号存在，那么调整器就会从饱和状态中退出。饱和调整器意味着要暂时切断与输入输出的连接，打开调节路径。调整器不饱和时，PI作用总是输入偏向电压U在稳定状态下为0，实际上正常工作时电流调节器不会达到饱和状态，因此只有在旋转速度调节器饱和、不饱和的两种情况下才存在静态特性[25]。其中封闭型速度调节系统的静态特性是当负载电流小于Idm时，作为旋转速度的非正常差出现，其中旋转速度的负反馈起着主要作用，当负载电流达到Idm时，旋转速度调节器饱和，电流调节器发挥主要的调节作用，系统电流差，电流自动保护，使用两个PI调节器产生内外两个封闭效果，这种静态特性是电流停止负面反馈的单一封闭型系统的但是实际运算放大器的开放扩大系数并不是无限大。特别是在使用“准PI调整器”避免零点移动的情况下，两个静态特性团实际上存在着小的静态差异，在图3.4中显示为虚线。从图3、4可以看出双封闭速度调整系统在稳定状态下运行，当两个调整器不饱和时，各变量之间有以下关系：根据上述关系，在稳定状态下运行，旋转速度n由给定电压Un确定，ASR的输出量Ui由负载电流IdL确定，控制电压Uct的大小取决于n和Id，或者取决于UU和IdL，这种关系取决于P反映了与调整期不同的PI调整器的特点，比例环节的出口量总是与进口量成正比，而PI调整器则不是，出口量的稳定值与输入无关，取决于后面环节的需求，有PI调节器，能输出多少？鉴于此特点，双封闭速度调整系统的稳定参数计算与单一封闭环的静态差完全不同，但与非静态车系统的稳定计算相同。即，基于所有调整期的反馈值计算的反馈系数：转速反馈系数:电流反馈系数:两个给定电压的最大值是受运算放大器的允许输入电压限制的。1.3.2双闭环系统启动过程分析其中，封闭控制的重要目的是获得接近理想的操作过程，因此，在分析双重封闭速度调整系统的动态性能时，首先要研究操作过程，在操作过程中，旋转速度调节器ASR经历了不饱和、饱和和饱和因此，整个过渡过程分为三个阶段，I阶段0~t1是电流上升阶段，突然进入给定电压U后，通过两个调整器的控制作用，使Uct、Ud0、Id上升，IdIdL之后电动机开始旋转，机械惯性的作用因此，旋转速度不快，旋转速度调节器ASR的输入偏差电压（Unnn数值大，出口速度快，限制幅度Um，强制电流Id级上升。在Idm中，UiUim和电流调节器的作用表明Id没有快速生长，这个阶段已经结束。在这个阶段，ASR在饱和状态下很快就达到饱和状态，但是ACR一般处于不饱和状态，确保电流循环道路的调节作用。第二阶段t1~t2是电流恒定电流升速阶段，在电流升至最大值的Idm以旋转速度给出的值n（即，静态特性上n0）为静电流速阶段，是启动中的主要阶段，在这个阶段，ASR始终处于饱和状态，转数环处于开放状态，系统是一个具有恒定电流的Uim作用的电流调节系统，大体上是一个一定的保持电流（电流可以调节，也有不能调整的情况，取决于电流调节器的结构和参数），因此系统的加速度固定，旋转速度直线增加，同时电动机的反电力E也呈线性增加，对于电流调节系统，这一反战电势是线性渐增摄影运动量，为了克服这一拍摄，Ud0和Uct也大体上进行线性增加，从而维持Id航程，电流调节器ACR是PI调节器，当出口量线性增加时，偏差电压在输入UiUmui时，必须有一定的常数。另外，为了确保电流循环的这种调节作用，在运行过程中，电流调节器不饱和的同时，整流装置进行的最大电压Udm也必须有富余。Ⅲ阶段t2后进入旋转速度调节阶段，该阶段旋转速度已达到指定值，旋转速度调节器的供给与反馈电压的均衡，输入偏差为0，但由于其输出通过点作用维持在无限Uim，电机加速到最大电流，必须以旋转速度加速转移，旋转速度被调控后，ASR输入端产生负电压，退出饱和状态而且，其出口电压和ASR的给定电压Ui立即从无限制数值下降，主电流Id也随之下降。但是Id比负载电流IdL大，所以旋转速度持续上升了一段时间。Id“IdLSecret的dnt=0，转数n峰值（t3点）此后，马达在负载电阻下开始减速，电流Id也出现了比Idl小的部分，稳定地（直到调整器参数调整为止），在最后的旋转速度调整阶段，ASR和ACR处于不饱和状态，同时起到调节作用，因为调节旋转速度是外环，所以ASR占据主导地位，ACR的作用是让Id快速跟上ASR的出口量Ui流动，或者电流内部是电。如上所述，双封闭速度调节系统的运行过程有三个特点。（1）饱和非线性控制[1]有ASR的饱和和不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态，ASR饱和时，旋转速度的循环是静电流调节的单闭合系统，当ASR不饱和时，旋转速度环关闭，整个系统是无定差调节系统，电流内电路表现为电流手动系统，在不同的情况下，不同结构的线性表示系统，这是饱和非线性控制的特点，简单应用线性控制理论，分析和设计这些系统，可以采用段线性化方法，分析转换过程也必须注意初始状态。前一阶段的结束状态是后一阶段的初始状态，如果初始状态不同，即使控制系统的结构和参数没有变化，转换过程也不同。(2)准时间最优控制操作中的主要阶段是第II阶段，静电流速阶段，其特点是电流保持稳定，被选为一般允许的最大值，充分发挥发动机超负荷能力，使操作过程最快，这一阶段是有限电流在条件下属于最短时间控制或时间最佳控制，但整个操作过程在图3.6中与理想的快速操作过程相比有所差异，主要是I、II两段电流不会突然改变，但这两个小时整体运行在时间中只占好的成分，不会对大局面造成危害，所以双重封闭速度系统的运行过程可以说是“时间最佳控制”过程，如果要追求严格的最佳控制，控制结构就要复杂，获得的效果有限采用饱和非线性控制方法，在正确的时间内实现最优化控制，通常是应用于各种多环控制系统的实际价值控制策略。（3）旋转速度和冲压使用饱和非线性控制，运行过程结束后进入Ⅲ级和旋转速度调节阶段后，必须将旋转速度调整器从饱和状态中退出，根据PI调整器的特性，只要过充电旋转速度，ASR的输入偏差电压Un为负值，ASR可脱离饱和状态，即使用PI调节器双封闭速度系统的旋转速度动态响应必须被初始化，在一般情况下，旋转速度稍微超过标准值，实际运行时没有太大的影响，如果工程上不允许冲撞，就不能采取其他措施。最后要指出，制动管整流器的输出电流是单向的，所以踩刹车时不能发生反馈制动Talk，因此，不可抗拒的双封闭速度调整系统有很快的操作过程，但制动时电流如果是0的话，只能自由停车。如果需要踩刹车的话，只能使用防止能源消耗的刹车和电子机器制动器。减少速度也是一样的。这种问题在空车移动的时候也有可能发生。这时启动的第III在阶段中，电流急剧变为0，不能变为负，发生断断续续的动态电流，旋转速度的震动加剧，转移过程变长，这也是非线性元素。1.3.3双闭环调速系统的动态抗扰动性能一般来说，双重封闭速度调整系统具有良好的动态性能[26-28]。（1）动态根据双封闭速度系统的性能，在运行和升速之间，电流在发动机超负荷能力受到限制的条件下，表现出快速动态追踪性能，在减速过程中，主电路电流的不可逆性导致性能下降，对于电流内循环《绿色建筑评价标准》应强调在设计调整机时具有良好的追踪性能。（2）动态加扰性能1.防止负载透露，负载透露仅在电流循环道路后的旋转速度调节器上起到扰乱作用。因此，如果突然增加负荷（减少），会导致动态速度下降（升）。为了降低动态减速器，设计ASR做的时候需要系统更好的阻力指标，ACR的设计只要电流循环道路有良好的跟踪性能就可以[1]。1.恒电网电压摄影配电网电压摄影与负荷摄影在系统动态结构图中作用的位置编制不同，系统对动态的干涉效果也不同，配电网电压紊乱的作用点离调节量更远，其变动首先是电子惯性的受到干扰后，会影响电动机的电流，也可以通过机械电惯性的延迟反映在旋转速度上，双重封闭型速度调节系统中电流的内环被增设，这一问题得到了很大的改善，电网的电压障碍在电流环上当围绕电压发生变化时，可根据电流反馈迅速调整，影响旋转速度后，无需对系统作出反应，因此双封闭环速度调节系统中，由于配电电压波动导致的动态速度下降比单闭环系统矮小。1.3.4双闭环调速系统中两个调节器的作用1.转速调节器的作用（1）旋转速度根据n施加的电压，随着Un（2）的变化，负载变化的干涉作用发生变化，在稳定的状态下没有差异。（3）饱和功率限制值是系统最大电流的给定值，起到饱和非线性控制作用，实现系统以最大电流运行的过程。1.电流调节器的作用（1）对配电的电压变动起到防止快速干扰的作用。受到限制，起到高速安全保护的作用。故障消失后，系统会自动恢复正常。1.4直流电机速度控制仿真研究原理驱动信号调节TL494的脉冲宽度后，将H腿作为驱动电路的作业功率提供给直流电路，该驱动电路容易实现直流电动机的4上限动作，分别对应正电、静电制动和反制动，动力MOST的输入电阻为该大开关速度快，具有无二次破坏的特点，为了满足高速切换动作的需求，经常使用的电力MOST组成了H桥电路的桥牌，H桥电路的4个动力MOST分别采用N通道类型和P通道类型[29]。虽然使用过，但是P频道的动力MOSFET一般不用于下岩驱动电动机，H桥由N频道的力量MOSFET两个和P频道的力量MOSFET两个构成。P频道的力量MOST？FET的性能比N通道功率的MOSFET弱，驱动电流少，多用于功率低的