直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真

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1、直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真1緒論當(dāng)今社會電機是非常重要的。因為它與人們?nèi)粘０l(fā)電和用電是密切相關(guān)的，它實現(xiàn)了機械能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換，國內(nèi)各方面都不可缺少的重要設(shè)備。通過研究電機轉(zhuǎn)速控制方面的技術(shù)，不但能滿足工業(yè)生產(chǎn)需要、而且可以提升能源的利用率，對國家的經(jīng)濟發(fā)展有著很大的作用。1.1電機調(diào)速系統(tǒng)控制及其分類電機可以分為兩大類：直流電機和交流電機。直流電機在電機的運行和控制方面的優(yōu)勢比較突出，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在很多方面一直有著無可代替的位置。特別是高性能的調(diào)速系統(tǒng)在很多工業(yè)領(lǐng)域都占據(jù)著重要的位置。而且直流調(diào)速系統(tǒng)也是其他調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)，想要開發(fā)新的調(diào)速

2、系統(tǒng)必須先發(fā)展直流調(diào)速系統(tǒng)。如現(xiàn)在的智能調(diào)速系統(tǒng)，也是先以直流調(diào)速系統(tǒng)為基礎(chǔ)來進行研究的。直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的，特別是在數(shù)字采集與計算機的控制方面的應(yīng)用是無可厚非的，因為其控制算法對于控制系統(tǒng)起著非常重要的作用。雖然直流電機在調(diào)速方面是比較優(yōu)秀的，但是它也是存有弊端的，那就是換向器的存在。因為這樣會使直流電機的使用時間減少，而且需要經(jīng)常的去維護電機，這樣造成的麻煩也是相當(dāng)多的，所以這也是直流調(diào)速系統(tǒng)的不足之處。而交流電機其構(gòu)造比較緊湊，而且安裝與維護都是比較簡單的，沒有直流電機那么繁瑣，所以正因為具有這些優(yōu)點，所以這些年來許多大型企業(yè)都開始向交流

3、電機調(diào)速系統(tǒng)方面研究。在當(dāng)今社會競爭是相當(dāng)激烈的，所以只有質(zhì)量可靠才能得到消費者的信賴。所以由于消費者的需求不斷提升，隨之給工業(yè)的生產(chǎn)也帶來了很大的困擾。因為生產(chǎn)的過程在不斷的復(fù)雜化，所以生產(chǎn)系統(tǒng)也不可避免的會遇到非線性情況。雖然在很多時候我們都可以用線性代替非線性，這樣的話只需研究線性模型就比較簡單了。然而在很多情況下線性模型是不能夠代替非線性模型的，人們需要系統(tǒng)的真實非線性模型，所以我們需要去建立和研究非線性模型，當(dāng)然這比線性模型會繁瑣很多。1.1.1調(diào)速控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用由于直流調(diào)速系統(tǒng)自身的特點，即調(diào)速的性能優(yōu)越、起動時的轉(zhuǎn)矩比較大。所以一

4、直以來都被普遍的用于需要電機調(diào)速性能好的與起動性能高的領(lǐng)域。因為直流電機能夠分別控制電樞電流與勵磁電流，所以它能夠做到對轉(zhuǎn)矩與磁通的完全解耦控制。直流電機的電磁時間常數(shù)比較小，這樣使電樞電流能夠快速的改變，從而使得電磁轉(zhuǎn)矩能夠達到快速響應(yīng)。不過，因為機械換向器的存在，使得直流電機中存在著比較明顯的換向電流與速度的限制，這樣導(dǎo)致了直流電機很難能夠使用在腐蝕性較強與易燃易爆的場合。伴隨著各種微處理器的問世與發(fā)展，很多國家在直流電機調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)方面的研究也在不斷的進步，特別是上個世紀八十年代，達到了前所未有的境界。當(dāng)今的國外電氣企業(yè)大致主要有：德國的西門子公司、

5、日本的三菱公司、東芝公司、瑞典的ABB公司、美國的GE公司等，均已開發(fā)出數(shù)字直流調(diào)速裝置，有很多成熟的應(yīng)用產(chǎn)品供選用。在國內(nèi)，數(shù)字式直流電機調(diào)速系統(tǒng)也是有很大的市場需求?？蒲袉挝?、大專院以及企業(yè)單位等，都在研究開發(fā)高性能的直流電機調(diào)速系統(tǒng)裝置。大型的直流電機的調(diào)速系統(tǒng)一般采用晶閘管整流來實現(xiàn)。為了提高調(diào)速系統(tǒng)的性能，研究工作者對晶閘管觸發(fā)脈沖的控制算法作了大量研究。如Garcia和Morari于80年代初提出內(nèi)?？刂频乃惴?，由于它的設(shè)計原理簡單、參數(shù)整定直觀明了、魯棒性強、控制性能好，在控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用；文提出用I-P控制器取代PI調(diào)節(jié)器的方法，它可

6、以減小轉(zhuǎn)速超調(diào)；張井崗等人依據(jù)內(nèi)模控制原理，提出了直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)?？刂品椒?，針對直流雙閉環(huán)電動機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計了一種內(nèi)?？刂破?，取代常規(guī)的PI調(diào)節(jié)器，成功解決了轉(zhuǎn)速超調(diào)問題，能使系統(tǒng)獲得優(yōu)良的動態(tài)和靜態(tài)性能；自適合PID算法和模糊PID算法等也是針對晶閘管觸發(fā)脈沖的控制提出的改進算法，并得到廣泛運用。另外，姚勇濤等人依據(jù)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，應(yīng)用最小二乘法，提出了直流電動機及直流調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)辨識的方法，所獲得的參數(shù)具有較高的精度，方法簡便易行。朱新波基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，設(shè)計了一種無刷直流電機的數(shù)字調(diào)速控制策略，具有很強的模糊推理和自學(xué)習(xí)能

7、力，取得令人滿意的動靜態(tài)性能效果，具有很強的魯棒性和自適應(yīng)性，為無刷直流電機的智能控制提供了新的理論依據(jù)。孫昌志等提出了一種基于嵌入式操作系統(tǒng)的無刷直流電機模糊控制系統(tǒng)設(shè)計方法，將模糊控制和PID控制通過自適應(yīng)因子結(jié)合，在線自調(diào)整控制參數(shù)，提高了系統(tǒng)的控制精度且具有良好的動態(tài)性能。歸納目前大量應(yīng)用的調(diào)速控制系統(tǒng)，并對技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求進行全面分析之后，我們可以總結(jié)下列發(fā)展趨勢：（1）高頻化。在功率驅(qū)動裝置中，低頻的半控器件——晶閘管在中小功率范圍將會被高頻的全控器件——大功率晶體管所代替，這既可調(diào)提高性能，又可改善電網(wǎng)的功率因素。（2）交流化。由于交流電機

8、本身的優(yōu)勢，交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)已成為一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。