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内模PID控制器在无刷直流电机调速系统中的应用

  控制的内部对应关系的基础上,综合其优点,设计采用了一种基于内部模型的(简称IMC-PID)对无刷进行阶跃响应或是扰动跟踪等控制效果上都能到达经典PID控制的要求,同时还降低了参数设计的复杂性和随机性。

  无刷直流电机是新一代机电一体化产品,其转子采用永磁材料励磁,无励磁损耗,利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器,具有体积小、重量轻、结构简单、维护方便、高效节能、易于控制等优点。故而在工业动力过程及生活领域等都得到了广泛的应用。

  经典PID控制在电机速度控制中已经得到了比较成熟的应用,但是受电动机负载等非线性因素的影响,传统的控制策略在实际应用中难以保持设计时的理想性能,且在系统运行过程中,参数对系统的外部环境的要求比较严格,且调试复杂不便。内模控制(Internal Model Cont rol)是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略,其具有结构简单、跟踪调节性能好、鲁棒性强、能消除不可测干扰等优点。文献中通过采用内模控制原理对不同特性对象进行控制,结果表明:基于内模原理的控制器设汁原理简单,可同时考虑多种控制指标,应用范围广,参数整定直观方便。分析内模控制与PID控制存在的对应关系,将PID控制器设计转化到内模控制框架下进行,可以得到明确的解析结果。这样不仅在控制要求上能到达模糊PID控制的要求,同时又降低了参数设计的复杂性和随机性。

  文中通过分析基于内模原理的PID控制器的设计原理,解析出控制器参数的内部数学模型,并针对双闭环无刷直流电机凋速系统,采用MATLAB对设计的控制器与经典PID控制器进行仿线 无刷直流电机模型

  文中研究的模型是无中性线Y形连接的三相无刷直流电动机,该模型在多种应用场合中的多数无刷直流电机中具有代表性。假定三相绕组完全对称,忽略齿槽效应;且气隙磁场为方波,定子电流、转子磁场分布皆对称;忽略磁路饱和,不计涡流和磁滞损耗。则无刷直流电机电势平衡方程式为:

  式(1)中:U为电源电压;E为电枢绕组反电势;sacp为平均电枢电流;racp为电枢绕组的平均电阻;△U为功率管饱和压降,对于桥式换相电路为2△U。该三相无刷直流电机等效电路图如图1所示。

  ,其中R(s)是一个n阶低通滤波器R(s)=1/(s+1)n;U(s)为内模控制器的输出控制量;Y(s)为系统的输出;R(s)为系统输入;D(s)为不可预测干扰。

时间:2020-04-10 03:14