双闭环直流调速系统的变结构控制与仿真.pdfVIP

维普资讯 第 22卷 第 2期 华 侨 大 学 学 报 (自然 科 学 版 ) 、 I，22 No，2 2001年 4月 JournalofHuaqiaoUniversity(NaturalScience) Apr，2001 文章编 号 1000-5013(2001)02—2O8—04 双 闭环直流调速系统的变结构控制与仿真 周凯汀 郑力新 (华侨未学信息科学与工程学院 ，泉 362011) 搞要 根据变结构控制的基 本思想 ，针对双闭环直流凋速系统 ，设计一种变结构控制器．它取代常 规 系统的电流和速度调节器 ，成功地解决转速超调问豚．仿真分析和实验结果表明，变结构控制器 能使 系统获得优 良的动态和静态特性，而且控制器的设计简单 ，参数整定容易． 关键 词 变结构控制 ，双闭环直流调速系统，计算机仿真 中图分类号 TM 571．OZ 文献标识码 A 双 闭环直流调速系统 (DLDCMCS)是最常用 的直流调速系统之一．但常规系统在阶跃响 应过程 中，必然存在转速超调 ．为解决这一问题 ，一些学者提出在调节器上引入转速微分负 反馈 “，以及采用 I-P控制器取代 PI调节器 的方法。 ．前者会使系统的响应变缓，后者会限 制系统 的最大工作速度 ．变结构控制是叶米里亚诺夫于 50年代末提出的 “．本文将变结构控 制的基本思想 应用于双用环直流调速系统 中，设计了一种变结构的 PI调节器 ，取代常规系 统的电流和速度调节器 (PI)，它成功地消除转速退饱和超调 ，使系统获得 了优 良的随性能．控 制器的设计简单 ，参数整定容易，可推广至其它的控制系统中，具有一定的工程应用价值． 1 DLDCMCS的转速超调量控制 图1为典型的双 闭环系统理论控制框 图 “．实际系统在启动过程 中，ASR和ACR存在着 图 l 典型双闭环系统控糊论框图 饱和非线性现象 (即输出幅度达到限幅值)．这使得 电机能在大 电流下迅速地启动，获得准最 优时间特性 ，但却引起转速超 调．为了消除超调，必须满足如下充分必要条件 ，即在 e(f)变负 收稿 日期 2000-10—07 作者简介 周凯汀 (1968一)、女 ，讲师 基盒项 目 华侨大学科研基金资助项 目 维普资讯 第 2期 周凯汀等 ：双闭环直流调速系统的变结构控制与仿真 209 之前 ，ASR退出饱和，同时电机又要有足够的惯量上升到预期值 PI调节器一般 由集成运算放大器和电阻 电容构成，饱和非线性现象是运放整体 由线性器 件蜕变为非线性器件产生 的 ．ASR退出饱和的瞬间，即是 e(f)由正变负的时刻 ．输出电压大 小是从饱和 电压值开始 回落 的 ．这样就无法克服超调 ，而且超调量较大 ．新 的变结构 P—PI调 节器设计思路，是在系统启动的前期 ，e(f)较大 ，通过 的放大作用，ASR的输 出立即达到饱 和值 u 但积分环节不起作用 ，该调节器相 当于一个常规 的限幅 P调节器 ．随着系统转速的 增加 ，()迅速减少 ，当 ×e(f)小于 u 时，积分作用加人 ，该调节器为真正 的PI调节器 ．此 时，积分量增加 ，而 比例量减少．合理选择积分系数和比例系数，可使增加的部分小于减少的部 分 ，则 PT输 出从 u 上继续 回落 ，在 ()变为负值之前退出饱和 ．从而满足上述消除超调的充 分必要条件 ，超调量就可避免 ． 2 DLDCMCS变结构控制 的仿真设计 美国Mathwork公司推 出了Matlab和 Simulink软件包 ，是 目前流行 的控制系统设计和 仿 真软件 ．它含 有 可供 直接调 用 的各种仿真 功 能模块．图 2给 出变 结构 PI调节器 的 Simulink仿真框 图．其中，饱和模块的饱和值与开关模块的比较值都设定为实际系统的限幅 值 (u )．其工作原理是 ，在系统启动的前期 ，e(f)最大．在 的作用下，Suml的输出立即超出