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永磁同步调速系统自整定PI速度控制器设计

作者:时间:2012-08-01来源:网络收藏

c.JPG


图中,内环为电流环,外环为速度环。速度环的给定ω*与检测出的电机实际转速ω的差值e作为PI速度调节器的给定,而速度环的输出又作为电流环的给定。定子电流作为反馈值经过坐标变换与电流给定值进行比较,差值作为PI电流调节器的给定值,而输出则控制逆变器的信号,从而调节电机的转速。这样就形成了双闭环控制系统。
2.2 PI速度的设计
在PMSM双闭环控制系统中,电流环和速度环都采用PI
的PI设计的基本思想就是当给定速度与实际速度相差很大,即差值很大时,增强比例环节的作用,增大比例增益,随着差值的减小,比例增益逐渐减小,积分的作用逐渐增强,并且当差值小于某一值时,积分作用达到最强,以减少静差。PI器的输出电压为:

图2示出增益整定PI器控制图。

e.JPG


kp(t)的数学表达式为:
kp(t)=Kpmax-{Kpmax-Kpminexp[-(a|e(t)|)]} (5)
式中:Kpmax和Kpmin分别为比例增益的最大值和最小值;a为一个正常数,它决定了kp(t)在Kpmax与Kpmin间变化的快慢。
由式(5)可知,当e(t)非常大时,exp[-(a|e(t)|)]趋向于零,此时,kp(t)趋向于Kpmax;反之,当e(t)非常小时,exp[-(a|e(t)|)]将趋向于1,此时,kp(t)将趋向于Kpmin。ki(t)的数学表达式为:
ki(t)=[1-a(t)]Kimax (6)
式中:Kimax为ki(t)的最大值。
a(t)的范围是0~1,其表达式为:
a(t)=tanh[ηβ(t)] (7)
式中:η为一个正常数。
β(t)的表达式为:

f.JPG

因此a(t)的变化范围由0~1,且η决定了a(t)在0~1之间变化的快慢。
在过渡阶段,若要电机在很短的时间内达到期望的速度值,则需一个很大的控制信号。为了实现这一点,则需要一个很大的比例增益。由式(5)可知,当速度差值很大,即|e(t)|很大时,kp(t)能够得到保证,而由式(6)~式(9)可知,此时的ki(t)基本维持在最小。而随着电机转速的增加,速度差值逐渐减小,此时,kp(t)也随之减小。当实际速度到达期望值时,kp(t)变为零,以防止出现过大的超调,而ki(t)则到达最大值,并且基本直到稳态一直保持较大数值,以便消除稳态误差。



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