现代控制技术的电机综合实训系统

现代控制技术的电机综合实训系统（共5篇）

1.现代控制技术的电机综合实训系统 篇一

1.2 电机驱动系统效率优化控制技术研究现状

电动汽车的动力由电动机提供，电机驱动系统（简称驱动系统）的性能直接影响了电动汽车的性能。电动汽车系统需要能够满足频繁停车启动、加速、大负载爬坡以及紧急制动等要求，也需要考虑到汽车行驶路况复杂多变，存在雨天、酷热、下雪等恶劣天气，以及颠簸、泥泞等复杂路况。另外，在满足行驶条件的情况下还应最大限度地保证驾驶人员和乘坐人员的舒适安全。作为电动汽车的核心部分，驱动系统应满足宽调速范围、宽转矩输出范围、良好的加减速（起动、制动）性能、运行效率高（提高续航里程）以及高可靠性等要求。

针对永磁同步电机驱动系统的效率优化，总体来说可分为以下三个方向： 1）从电机本体的电磁设计、制造工艺以及电机的材料着手，开发高效电机。2）改进脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术，降低功率开关器件上的损耗从而提高逆变器的整体效率；降低变频器输出电压的谐波含量，如采取空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)技术和软开关技术，减小谐波含量从而提高驱动系统的整体效率。

3）研究合适的控制策略，在保证电机满足运行条件的情况下减小直流侧的功率输入，提高驱动系统的效率。

目前，针对永磁同步电机驱动系统效率优化所提出的控制策略很多，总体来说可以分为两大类：第一类是基于损耗模型的效率优化控制(Loss Model Control，LMC)策略；第二类是基于搜索法的效率优化控制(Search Control，SC)策略。下面分别进行概述。

1.2.1 基于损耗模型的效率优化控制策略

该控制策略作为一种基于前馈式的控制方法，基本原理是：在充分考虑电机各部分损耗的基础上，建立较为精确的损耗模型，根据电机运行状况（负载转矩和实际转速）计算出该运行状况下最优的控制变量（一般为磁场、电压或者电流）以减小驱动系统的损耗。若控制变量为电枢电流，对永磁电机驱动系统来讲一般选择最优的直轴电流id和交轴电流iq，对混合励磁电机驱动系统来讲包括id、iq以及励磁电流If。这种控制策略目前已被广泛应用到了闭环传动系统中，可以保障电机驱动系统在全局运行范围内都能实现效优化。基于损耗模型的同步电机效率优化控制基本框图如图1.1所示。

基于损耗模型的驱动系统效率优化策略最早由T.M.Rowan和T.A.Lipo，以及H.G.Kim[2]

[3][4]等人提出并进行研究；1987年Bose等人将该策略运用到永磁同步电机驱动系统中。美

[1]

国学者X.Wei和R.D.Lorenz已将基于损耗模型控制策略结合直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)中，以提高永磁同步电机在瞬态过程中的效率[5]。针对同步电机而言，基于损耗模型的效率优化策略总共可以分为五种类型：考虑铁损的损耗模型控制策略铜损的损耗模型控制策略耗模型损耗模型控制策略

[8][9]

[6][7]、考虑、考虑铁损和铜损的损耗模型控制策略和约束条件下的损耗模型控制策略

[10][11]、基于电机精确损

[12][13][14][15]。

n*矢量控制器控制变量逆变器TL损耗模型控制器同步电机

图1.1基于损耗模型的效率优化控制策略

基于损耗模型效率优化控制策略的技术特点在于，它根据电机运行状况，通过解析法计算出使电机损耗最小的控制变量，在满足电机运行的同时降低驱动系统损耗。该方法控制变量由算法直接给出，电机效率的优化能够直接实现，数学概念清楚，物理意义明确，而且变量直接给定导致响应速度快，根据电机实际运行条件计算变量，从而能保证电机在全局运行范围内高效运行。但这种策略的缺点也不容忽视：①该策略需要对电机参数有很详细的了解，电机在运行过程中，电机参数包括电感参数、电枢绕组电阻、励磁绕组电阻、各部分的损耗系数等都会随电机运行条件的变化而改变，电机参数的变化必然会导致损耗模型不准确，从而导致控制变量的计算值不能实时追踪实际的最优值；②损耗模型建立的越准确，计算结果越接近于真实值，但也会导致计算过程越繁琐；③实际过程中为了简化计算，又不得不对损耗模型进行简化，这必然会导致计算值和实际值的差距变大，所以最终寻优结果也仅仅是一种简化后的次寻优。

1.2.2 基于搜索法的效率优化控制策略

基于搜索法效率优化策略的基本原理是：在恒定的运行条件（恒定的转速和负载转矩）下，通过控制器不断实时调整控制变量（一般为磁场或电流），寻找该运行状态下的系统损耗最高点。

P(k)idid(k)方向判断P(k1)

图1.2输入功率最小效率优化控制策略

控制策略的基本框图如图1.2所示，其中P(k-1)、P(k)和Δid(k)分别为第k-1和第k次直流侧功率检测值以及第k次的控制变量。搜索法一般包括梯度法[16]、定步长（细分）法[17]、最优转差频率法[18]、基于斐波那契数列法[19]、神经网络法[20]、黄金分割法[21]以及模糊搜索法[22]。

清华大学的学者[23]分析了感应电机搜索控制的三种算法，即Ramp法[24]、Rosenbrock法[25]以及黄金分割法，对比了各种算法的复杂性、收敛速度以及效率优化效果，在此基础上提出了改进后的基于在线搜索的效率最优算法。改进后的黄金分割法收敛速度明显加快，硬件中加入低通滤波器，对输出转矩的脉动进行了有效抑制，并将该技术用于电动汽车驱动用感应电机。

国外学者S.K.Sul和M.H.Park选用电机的转差频率作为控制变量，提出了一种基于输入功率最小的搜索方法[26]。该方法将电机不同运行状况下的最小输入功率对应的最优转差频率，以表格的形式预先保存在控制器的内存中，电机运行时根据运行状况获得表格内的最优控制变量，对实际变量进行实时跟踪。

南京航空航天大学的学者对采用直接转矩控制的电动汽车PMSM驱动系统效率优化进行了研究[27]，由于公式计算需要滤波时间，电机变量调节也需要一定的收敛以及稳定时间，因此搜索法一般需要较长的运行周期，不适合应用到需要频繁加减速的电动汽车领域。为解决该问题，提出了一种分区式是在线效率优化方法，与传统在线搜索法不同，该方法将寻优搜索过程“多线程”化，将搜索区间“离线”化。减小了搜索时间，只需保证在区间内完成一次寻优循环即可，但该策略的技术难点在于搜索区间的量化。

基于搜索技术效率优化控制策略的优势显而易见，即不要预知电机参数，省略了建立损耗模型和推导最优变量的过程。系统能够在电机运行过程中，通过不断调整控制变量的方式自动搜索效率最高的运行点，因而鲁棒性强，适用性好；避免了建模过程中由于运行条件不同导致参数改变而引起的误差，从而寻优精度高。但该策略的缺点也不容忽视：①需要很高的输入功率检测精度；②输入功率与跟寻优变量有关，在系统效率最高点的附近变化可能会比较平坦，这要求对输入功率的测量，必须为高精度且无噪声的；③系统效率可能是复杂的且非线性的函数，这种情况下难以让系统快速地运行到效率最高点，即搜索过程需要一定的时间，不适合应用到像电动公交这种频繁起动、制动的场合；④一般凭经验给出固定的搜索步长，收敛速度慢，收敛时间长，不适合应用于负载变化、运行状况变化频繁的场合；⑤增加硬件系统件设备，从而增加成本。

2.现代控制技术的电机综合实训系统 篇二

电动机自诞生之日起,就对人类社会的发展起着极大的推动作用,大大提高了社会的生产力水平。电动机的应用涉及到生活的方方面面,大到军事、航空,小到办公自动化、家用电器、工业过程控制、精密机床以及汽车电子等工业和民用领域,无不活跃着各式各样的电动机。相应地,围绕电动机的驱动控制开发也在飞速发展,各种调速系统、伺服系统、变频器等应用产品层出不穷,在各行各业得到了广泛的应用。

在电机的驱动控制开发中,电流检测是非常重要的环节,精确的电流采样,是电机良好运转的必要条件。电流检测的目的有两个:一是为了确保电机的快速启动性能,对电机电路主电流信号进行监测,让控制器给出确切的PWM控制信号,实现电流闭环控制;二是为了保障电机在实际运行中出现的短路、过流等故障,能够准确及时地将这些故障信息反馈给控制器,控制器给出控制信号使得及时关断开关以便硬件得到保护[1]。也就是说,一个典型的电机驱动控制系统,应该含有母线电流检测、电机相电流检测电路,还可能为了检测某个功能模块电路是否正常工作而设置特定的电流检测电路。因此,如何精确有效地设计电流检测电路是电机驱动控制系统设计的关键。

1 电流信号的采样

监测某个信号之前,首先需要对该信号进行采样。通常,电流信号的采样有以下几种方法。

(1)采样电阻

采样电阻测电流的原理是这样的:将采样电阻串接在要监测的电路回路里,电流流过时,在采样电阻两端产生压降,这样就把电流信号转化为电压信号。然后,对该电压信号进行处理变换,输入到微处理器的A/D单元,完成检测的目的。

采样电阻的这种检测方法实现简单,成本低,但是很难做到电阻值稳定不变,采样精度不高,不能提供准确的电流值。而且反馈控制电路与主电路没有隔离,在电机驱动控制系统中,万一功率电路的高电压通过反馈电路进入控制电路,将危及到控制系统的安全[2]。因此,采样电阻一般应用在精度要求不高、成本敏感的应用场合。

(2)电流传感器

霍尔效应在1879年被E.H.霍尔发现,它定义了磁场和感应电压之间的关系,这种效应和传统的感应效果完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候,磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力,从而在导体的两端产生电压差。霍尔电流传感器就是利用霍尔效应将一次大电流变换为二次微小电压信号的传感器,它有两种工作方式,分别是直测式(开环)电流传感器和磁平衡式(闭环)电流传感器。直测式霍尔电流传感器的不足是检测装置的体积过大;而磁平衡式霍尔电流传感器体积小,其显著长处是磁场补偿法,保持铁心磁通为零,电流过载能力强,套在被测母线上即可工作[3,4]。

霍尔电流传感器产品已经模块化,可以测量交流、直流、脉冲等多种电流信号,其最大优点是测量精度高、响应快速、隔离检测、线性度好。因此,电机驱动控制系统中采用霍尔电流传感器检测电流的方法是目前应用比较普遍的方法,已经在中高端伺服产品中得到了广泛的应用。

(3)电流互感器

电流互感器是利用变压器原、副边电流成比例的特点制成的。其工作原理、等值电路也与一般变压器相同,只是其原边绕组串联在被测电路中,且匝数很少;副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载,近似短路。原边电流(即被测电流)和副边电流取决于被测线路的负载,而与电流互感器的副边负载无关。电流互感器运行时,副边不允许开路。因为一旦开路,原边电流均成为励磁电流,使磁通和副边电压大大超过正常值而危及人身和设备安全[5]。

在测量交变电流的大电流时,为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流,另外,线路上的电压都比较高,如直接测量是非常危险的,电流互感器就起到变流和电气隔离作用。它将高电流按比例转换成低电流,一次侧接在一次系统,二次侧接测量仪表、继电保护等测量装置。电流互感器一般体积较大,造价昂贵,因此,一般应用在电力系统中,作为测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器。

综上所述,由于体积和成本的原因,在电机驱动控制系统中,经常采用采样电阻和霍尔电流传感器来进行电流采样。

2 电流信号的处理

下面分别针对采样电阻和霍尔电流传感器的工作特性、使用特点介绍一下相应的信号调理电路。

(1)采样电阻

采样电阻信号调理电路如图1所示,图中R7为采样电阻,应用中将其串接在回路中。以运放为中心构成一个差分放大器,R1~R6设置放大器增益,R5同时用来提升采样后的电压值,使得放大器的输入在合适的范围。R8和C2用来滤除高频噪声。

REF为参考电压,产生电路如图2所示,图中R1和R2用来设置参考电压值,根据不同的需要可以灵活调整这两个电阻的值。

经过处理后的电压输出信号Vo再经过限幅即可输入到微处理器的A/D单元。

(2)霍尔电流传感器

霍尔电流传感器输出信号调理电路如图3所示,电路形式和图1类似。区别在于放大器的输入,因为常用的霍尔电流传感器是单输出信号,有电流输出和电压输出两种形式,经常把电流输出形式转换为电压信号进行处理。图3中参考电压的产生可参图2。

3 器件选择及注意事项

在选用采样电阻的过程中,要考虑自身的阻值、电感和精度,以降低自身的功率损耗和电压尖峰。同时要注意温度系数(TCR),可以参考其温漂曲线。

电流传感器的选择注意测量范围,根据不同的需要选择不同量程的传感器。

当原边电流超过传感器额定时,线性度将降低。为保证测量精度,传感器额定测量值为被测信号1~1.5倍较为合适,如果被测信号有较大的波形系数,还需进一步加大量程,确保被测信号峰值不超出传感器测量范围。电流传感器的生产厂家比较有代表性的有LEM公司、IR公司、Honeywell公司等。国内做的较好的有宁波株洲时代电子、南京托肯电子、南京中旭等。

尤其要注意的是运放的选择,因为一般伺服系统中PWM调制频率很高,通常在20k Hz左右,因此相电流是一个脉动电流。另外,A/D转换单元采样速度很高。因此,在选择运放时,要选择带宽大、高速的精密运放,只有这样才能满足电流采样的需要。

4 结束语

精确的电流检测在电机驱动控制系统中起着关键作用,它是构成电流闭环的前提条件,同时,监测电流可以防止系统发生短路、过流故障,有效保护系统安全,可以说是电机控制系统中不可缺少的环节。目前在各种自动门系统、安防工程、钳形仪表等设备中都或多或少地应用到电流检测技术,探讨其实现形式有助于推动其应用发展。

摘要：指出了电流检测技术在电机控制系统中的重要性,介绍了常用的几种电流检测手段及其工作原理。针对采样电阻和霍尔电流传感器,详细给出了电流采样信号调理电路原理图。最后提出了元器件选型原则及使用注意事项。

关键词：电机驱动器,采样电阻,电流传感器,电流采样

参考文献

[1]鲁光辉.霍尔电流传感器的性能及应用[J].四川文理学院学报:自然科学,2007,17(2):40-42.

[2]陈伟,张英,刘增玉.两种保护用电流采样电路的比较及应用[J].精密制造与自动化,2007(1):45-46.

[3]胡卫华,张朋年.基于霍尔效应的电流传感器ACS706ELC-20A及其应用[J].电子元器件应用,2009,11(7):1-3,6.

[4]李欣.高压线性电流传感器IR2175及其应用[J].国外电子元器件,2005(5):47-50.

3.现代控制技术的电机综合实训系统 篇三

关键词：PID控制；调速系统；模糊-PID混合控制；直流电机

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2012) 03-0000-02

Fuzzy-PID Hybrid Control Technique for DC Motor Speed Control System

Zhang Yufei

(Inner Mongolia Technical College of Mechanics and Electrics,Hohhot 010070,China)

Abstract: In order to improve the system performance of DC motor speed control by fuzzy PID control and MATLAB software tool-aided design of the DC motor speed control system.

Keywords: PID control; Speed control system; Fuzzy-PID hybrid control; DC motor

直流电机调速系统的应用于数控机床；工业生产；纺织、造纸、医疗、通讯等方面的加工生产设备；是工业化快速发展设备更新提速的关键环节之一。模糊PID控制能够随着直流电机的运行变化控制电动机的速度。比较常规的PID控制的参数不随控制对象的变化自行调整这一方面因素，具有更好的控制效果。

一、PID控制

PID的解释是比例-积分-微分，也就是说自动控制技术的三个方面，测量、比较、执行，通过误差纠正的方式调节控制系统使其做出正确的反映。

比例控制（P）：

比例控制是对控制器输入与输出的误差建立比例关系，找到稳态误差。

积分控制（I）：

积分控制是对控制器输入与输出的误差信号积分建立比例关系，并建立积分项，随着时间的增加，积分项越来越大，误差也就越来越大，这样就随着误差的增加进行控制器的调整达到稳态误差。

微分控制（D）：

微分控制是对控制器的输入与输出的误差变化规律建立比例关系，通过微分的控制可以提前预测误差的变化趋势，从而对误差进行预防控制。

通过比例控制、积分控制、微分控制（PID）对系统的调节方面可以起到动态处理的效果。

二、直流电动机的动态数学模型

电动机动态特征框架如图：

直流电动机动态方程式：

u=e+iaRa+La

e=Ce =Kt

Tem=TL+R+J

Tem=CT ia=Ktia

速度函数：

（s）=G1(s)·U(s)+G2(s)·TL(s)

G1(s)=

G2(s)=

La=绕线电感；Ra=绕组电阻；J=转子转动惯量；R =阻力系数；Kt=转矩系数；TL=负载转矩；Tem电磁转矩； e=电气时间常数；e=La/Ra； m=机械时间常数；m=J/R ； em为机电时间常数。

三、模糊PID控制系统

（一）模糊控制系统原理

模糊控制系统原理是针对传统PID调速系统的无法根据控制对象参数的变化而变化的问题而产生的。本文以二维模糊PID控制直流电动机调速系统，电流环采用PI控制，当直流电动机调速系统速度误差较大时，通过二维模糊PID控制器可以得到高稳态的精度，当误差较小时，采用PI控制可以减少结构的复杂程度，同样具有稳定的优点。

二维模糊PID控制框架图

Kp=比例系数；Ki=积分系数；Kd=微分系数；e=误差；△e=误差变化；u=系统控制值（输出量）。

（二）模糊控制设计

模糊PID控制可以提高直流电机调速系统的抗干扰能力，采用二维模糊控制器，对输入的变量（即给定速度值与反馈速度值的误差变化）进行模糊处理得到输出量，再将输出量作为电流环的给定值，进行控制。

模糊控制设计方法：

1.设语言变量与输入、输出变量模糊子集对应为：负大→NB，负中→NM，负小→MS，零→ZO，正小→PS，正中→PM，正大→PB，论域均为：-6至+6。

2.隶属函数选择正态型隶属函数，如图:

3.模糊决策利用Mamdani型推理算法，逆模糊采用中心平均法，模糊控制规则如表：

NBNMNSZOPSPMPB

NBNBNBNBNBNMZOZO

NMNBNBNBNBNMZOZO

NSNMNMNMNSZOPSPS

ZONMNMNSZOPSPMPM

PSNSNSZOPSPMPMPM

PMZOZOPMPBPBPBPB

PBZOZOPMPBPBPBPB

四、仿真结果

直流电机调速系统仿真是通过使用MATLAB软件的控制工具SIMULINK工具箱进行操作的。为转速环设置有限幅度，再为电流环设置有限幅度，这样对积分输出发散有这控制和防止的作用。对模糊-PID控制器封装、再对电流环PID控制器封装、最后为直流电机模型进行封装，它们组织电机调速系统。这三个封装系统分别作为电机调速系统的子系统，其结构如图：

模糊PID控制器封装子系统FUZZY PID controller、电流环PID控制器封装子系统ACR、直流电机的模型封装子系统BLDCM模块

电机参数：

UN=220V；IN=136A； N=1460r/min；Ce=0.132Vr min-1；电枢回路总电阻R=0.5 ；电枢电感L=0.015H；电流反馈系数 =0.05 ；转速反馈系数 =0.007

仿真结果:

5s加负载转速响应

电流曲线

当直流电机设备无工作条件下进行空载运行，在t=5s时加入负载，在t=8s时加入电网扰动，从而得到上图曲线，为仿真曲线。

通过上图分析，当直流电机调速系统加入负载和加入电网扰动后，直流电机调速系统设备可以正常的工作，实现平稳运行，无静差控制。所以模糊-PID混合控制技术在直流电机调速系统中的应用可以得到较好的仿真效果。

五、结束语

通过模糊-PID混合控制技术在直流电机调速系统的应用可以看出，模糊-PID混合控制技术对于直流电机调速的控制可以减小系统的误差，从而提高直流电机的工作性能，对于直流电机系统中的不确定因素，如：电机工作中的自感、阻尼、惯量等的变化，使用模糊控制与PID控制混合在一起进行高精度的控制，达到直流电机调速的准确性。

参考文献：

[1]韩盼盼.模糊自整定PID控制器的研究与设计[J].河北工业大学,2010

[2]戚鹏等.基于模糊PID控制的永磁无刷直流电动机调速系统研究[J].黑龙江科技信息,2008（32）

[3]葛薇等.模糊PID控制及其进展[J].安徽职业技术学院学报,2007（4）

[4]陈德地等.自适应模糊PID控制在BLDCM调速系统中的应用[J].桂林电子科技大学学报,2008（5）

[5]董子文等.模糊PID控制在双闭环直流调速系统中的应用研究[J].电气自动化,2010（32）

4.现代控制技术的电机综合实训系统 篇四

——核心企业实习

现代服务业已经逐步成为高新技术产业发展的主要带动因素。以信息产业为主的高新技术产业是国民经济的先导产业，现代服务业的发展将极大地带动这一产业发展。如今现代服务业的发展壮大将为高新技术产业的发展提供广阔的市场空间。现代服务业如今已经成为推动高新技术产业创新的主要动力。现代服务业的发展使其对信息、生物、新材料等高新技术及其产品的需求日益增长，这将促使高新技术产业不断进行创新和实现突破。在这个假期我们实现了现代服务综合实训，在这为期三天的现代服务业综合实训中，这一次我们小组是进行核心企业的模拟实习。在这过程中使我受益颇丰，在这里我们有着自己的身份有自己的部门，每个人担任公司的某一个职务。这使得我们的企业变得更加的真实，我们不仅需要认真的完成自己的工作，而且要考虑到其他部门的工作需要。考虑公司的整体需求协调好工作的每一个环节，保证公司的顺畅运行。

我们公司叫FIR通讯制造有限公司。其中注册资金人民币一千万元，公司的岗位分别有总经理，生产部，企业管理部，厂区管理，销售部，采购部，市场部和财务部。每个人都有着自己的角色分工。其中我主要是负责厂区管理和投招标的工作。作为一家生产企业的公司，我们有很多的东西需要自己去亲身的与外围企业去进行沟通和进行工作。要跟工商、招标部门，税务部门进行工作的协调，公司注册成功后，我们要跟内设银行，工商局，税务局，审计局，物流公司，招标公司，还有国际货代等部门进行一些工作。虽然这些部门都是学生参与的，但是办理相关事项确是容不得马虎的，每一项业务的进行都是要按照相关的流程，似乎我们就是在社会中经营着一家自己的企业。其中具体流程是：核心企业创建公司，首先要先到工商部门等级，填表，过了之后到银行验资，然后审计部门审查，最后到税务局注册，都完了之后才发给你许可证，然后才能生产。其中我要进行购买厂房、产成品库和原材料库，还要购买生产线等等。每一项又都不能只是单方面的考虑，需要对企业的整体发展需求做出投资计划，保证企业生产销售的顺利进行。

根据产能和生产订单合理安排材料订购。由于不同材料的订购提前期不同，因此需要合理安排材料的订购时间，同时对材料的采购费用做好预算，保证企业正常的生产。对订单的选择、材料的订购、生产线的投资、市场的开发、管理费用的预算等等，无一不涉及到资金的周转使用，因此我们的厂区管理也要考虑到公司的资金分配和使用上。而当流动资金不足的情况下，又要考虑账面资本额是否允许企业申请贷款及贷款额、贷款利息，应收款贴现、贴现息，为企业作出一个最合理、最恰当的资金预算，使企业的运营能有柔韧有余。同时厂区管理受到时间因素的直接影响。时间的延长必然会增加不确定性。追求最大化的库存收益，收益管理在供应链管理中的作用就非常突出。如果厂区管理水平过高不仅意味着库存投资成本的增加，同时还要承担更多地成本，最终使得厂区的效率下降，从而导致总利润下降；相反，虽然降低厂区水平有助于缩减库存投资成本和库存持有成本，但是企业面临的缺货风险却增加，这也有可能导致总利润下降。

同时我也负责了招投标的工作，在起初企业刚注册进行发展时，我带着我们公司的简介和经营生产相关资料进行了投标，把我们企业生产的通讯设备进行了简单介绍，这其中也是需要一定的技巧，因为我们要把自己的产品的最好一面展现给大家，通过技术交流，及早了解用户和用户主管部门对招标采购的总体设想或具体计划、安排以及详细要求（包括供货范围或工作范围、技术规格及性能要求），尽可能掌握用户和用户主管部门意向性或倾向性想法或意见，使自己的产品能够真正的吸引住大家的眼球。同时我也是极力的强调我们企业的能力和规模，把我们公司于其他企业的竞争优势展示给大家来赢得企业的发展。

5.现代控制技术的电机综合实训系统 篇五

航空地面电源是为飞机提供地面起动和通电检查电源的装备,其发展取决于飞机电子设备等用电设备及启动系统对航空地面电源的要求。近年来,随着飞机电子、雷达等用电设备的快速发展,对航空地面电源也提出了更高要求,在飞机启动发动机和通电检查机载用电设备时,需要在地面提供给飞机更高质量的电源[1]。

针对航空地面电源的保障现状及要求,本文针对航空地面发电机励磁调压系统存在的动态性能、稳定性差等相关问题,在该系统中引入电流滞环控制技术,增强了发电机励磁控制系统的动态响应速度,提高了发电机输出电压的品质。

1 航空地面发电机励磁调压系统现状

目前,航空地面发电机励磁调压控制主要采用WZT-2/3型电子调压器,其控制方法是综合检测发电机三相电压的变化,控制开关管的导通时间,自动调节励磁机励磁电流,从而稳定发电机输出电压。其原理框图如图1所示。

由图1可以看出,这种控制方法单纯利用输出电压作为反馈信号实现单闭环控制。这种控制方法技术成熟,但其性能存在不足之处:

(1)系统动态响应速度缓慢:单环电压反馈系统只有在PI电压调节器中加入大的补偿电容才能保证系统稳定工作,加上输出滤波电容增大系统惯性,当负载产生突变时,系统的动态响应速度很慢。

(2)负载适应性差:随着新型战机非线性负载的增加,对输出电压波形而言,电路实际上是开环控制,因此在脉冲电流冲击下,输出电压波形产生畸变,总失真度升高。

(3)随着电力电子技术的发展,开关管已经进入大功率、高频化时代,如大功率达林顿管、IGBT管等,而当前的电子调压器所使用的开关管在功率、允许频率范围、耐压等方面都跟不上飞机对航空地面电源的新要求[2]。

2 引入电流滞环控制技术的发电机励磁调压系统原理

2.1 电流滞环控制技术

电流滞环控制的核心是迟滞比较器,其原理来源于Delta调制,即在一个调制时钟的控制下,用一个近似波形去逼近参考波。迟滞比较通过改变逼近控制方法,取消了定时对钟,因而调制过程中只有幅度量化而没有时间量化,其量化失真也就要比Delta调制小,并且电路进一步简化[3]。迟滞比较器的外特性与电路如图2所示。

图2中Ud为电流反馈信号,Ue为电压参考信号,输出电压信号为Usw,高电平信号为Vh,低电平信号为零。由图2我们可以得到迟滞比较器的环宽△h的大小。

滞环电流两态控制的工作原理如下:电感电流与电流基准(电压误差信号)相比得一电流给定信号iL,iL再经滞环比较器得到PWM信号,驱动功率管控制电感电流在设定的正负环宽内(±H)。如图3所示,如果电流误差iL大于+H(H滞环),滞环比较器把输入电压反向加到电感两端,使电感电流变小,滞环比较器输出低电平(-1态),即为diL-;如果电流误差iL小于-H,滞环比较器把输入电压正向加到电感两端,使电感电流变大,滞环比较器输出高电平(+1态),即为diL+,即要使iL总保持在正负环宽内变化[4]。

2.2 引入电流滞环控制技术的发电机励磁调压系统

由以上分析可知,与航空地面电压当前的电机励磁调压控制相比,电流滞环控制在保留其外环的输出电压反馈的同时,加入了对励磁电流反馈的内环控制,内环的作用是产生自持振荡,形成两态调制器。作为反馈环路,它对电流进行调节控制,使之逼近给定信号,从而提高了系统的动态性能。其原理如图4所示。

电流滞环控制技术与传统的仅有输出电压反馈的控制技术相比,从电路结构上看,是增加了一个励磁电流反馈;与三角波交载PWM控制系统比,则是电流反馈本身就作为PWM的斜坡函数,而不再需要锯齿波(或三角波)发生器。

3 仿真结果及分析

3.1 仿真结果

为检验理论分析的正确性与方案的可行性,本文利用saber仿真软件对该电路作了系统仿真。仿真的主要思路为:通过变压器、桥式整流器与分压电阻检测发电机的单相电压输出,检测信号为Vf。另外,励磁电流检测信号通过传感器转换为对应比例的电压信号Vi。输出电压反馈信号Vf通过电压跟随器与基准电压信号(理想电压源)比较,通过PI调节,作为电流基准信号Vib,与励磁电流反馈信号Vi通过滞环比较器相比较,产生的PWM信号经过驱动,控制励磁回路的开关管IGBT的导通与关断,从而达到励磁调压的目的。仿真的主电路与控制电路如图5所示。

图7为两种控制方案下发电机输出电压波形的对比图,上图为加入电流滞环控制技术的电压输出波形,下图为传统的只有电压反馈的电压输出波形,由图可以得出加入滞环电流控制技术的输出电压因为加入了电流内环控制,快速跟踪励磁电流变化,提高了系统的动态响应速度,使系统性能有了明显提高,输出电压波形也更加接近正弦波。

4 结论

文章阐述了航空地面电源发电机的励磁调压系统的现状,在介绍励磁调压系统工作原理的基础上,指出了现用调压系统单纯利用输出电压作为反馈信号实现单闭环控制存在的不足。针对调压系统存在的动态性能、稳定性差的问题,提出了将电流滞环控制技术引入调压系统的方案。在介绍电流滞环控制技术的基础上,将滞环控制技术应用到了发电机励磁调压系统中,并应用saber软件对应用电流滞环控制技术的调压系统的供电性能进行了仿真。

由仿真结果可知,与传统的航空地面发电机励磁调压系统相比,引入电流滞环控制技术的调压系统改善了传统控制系统在动态性能和稳定性方面的缺陷,对航空地面电源励磁调压系统的改进提出了具有很强应用价值的方案。也为航空地面电源保障装备保障能力和保障型质量的提高提供了有力支撑,具有一定的经济效益和军事效益,

参考文献

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