他励直流电机电枢／励磁独立模糊控制设计研究.pdfVIP

学兔兔 他励直流电机电枢／励磁独立模糊控制设计研究★ 口 李志雄 1,2 口 汤双清 口 方子帆 1．武汉理工大学水路公路交通安全控制与装备教育部工程研究中心 武汉 430063 2．三峡大学机械与材料学院 湖北宜昌 443002 摘 要：鉴于他励直流电机弱磁调速时呈非线性，传统PID难以获得高精度控制，现基于模糊逻辑设计了其电枢／励 磁独立控制器。该控制器结合模糊控制自适应能力和PID控制的全局渐近稳定性能于一体，组成复合模糊一PlD控制器， 分别控制直流电机的电枢／励磁回路电流，从而实现电机高性能自适应调速控制。数字仿真表明，所设计的模糊控制系统 能够使电机速度响应无超调、无稳态误差，性能明显优越于PID控制。 关键词：他励直流电机 弱磁调速 电枢／励磁独立控制 模糊控制 中图分类号：TP331 3 文献标识码：A 文章编号：1000—4998(2009)08—0042—03 直流电动机具有良好的运行性能，他励直流电机 他励直流电机由电枢和外部电压源供电的励磁线 调速系统在工业生产中得到广泛应用，如：机械加工、 圈组成，采用电枢／励磁控制的直流电机动态等效模 起重机、卷扬机等机械设备”～21。利用电枢／励磁回路 型框图见图1，它可由下面的微分方程表征。 的完全独立控制技术，可以十分方便地控制他励直流 电机的转速与启动转矩，同时使励磁电流较小，电机效 率最大化∞】。 由于他励直流电机制造和控制技术均较成熟，所 以将其应用到飞轮储能中是十分稳妥得当的。飞轮系 ▲图1 基于电枢／励磁控制的直流电机等效框图 统需要较高的电机转速，当直流电机电枢电压达到最 大值，其转速已达到额定转速，若还要求提升电机转速 电枢电压方程：厶pi = 。一R。i 一E (1) 时，需用弱磁调速来实现。此时电机转矩是磁通和电枢 励磁电压方程 ：厶pif= r—Rrir (2) 电流的乘积；反电势是磁通和速度的乘积，因而将电机 运动方程：如∞ = 一孔一Bto (3) 励磁电流、电机转速和电机电流均作为状态考虑时，系 式中：P为微分算子；u。、u 分别为电枢和励磁电压；i。、 统将是非线性的【】 】。而工业用弱磁控制器多采用传 i 分别为电枢和励磁电流；R…L分别为电枢绕组电阻 统 PID控制器，当 PID参数一经确定则在工作中不能 和电感；Rr、厶分别为励磁绕组电阻和电感；∞ 为电机 改变，这使其在处理系统的非线性上明显能力不足。 角速度；J是电机的转动惯量；B为粘尼摩擦系数 ； 目前，模糊控制系统已经成功地应用在交直流调 为负载转矩；E=C ∞ 为电动机反电势； ：C 速控制系统中 1。作为一种智能控制方法，模糊控制能 为电磁转矩；C 为电机转矩常数； 为励磁磁通量，由 较方便地满足非线性控制对象，而且控制性能优越。因 玉决定。 此，为了克服传统 PID控制的固有缺陷，设计了一种新 由直流电机数学模型可知，电机转速是由 决定 的控制器方案。该控制器使用模糊控制作为电枢回路 的，而 又和 i 、ir直接相关。因此，通过对电枢和励 速度调节器、电流调节器、励磁 回路调节器 ，并结合 磁电流的完全独立控制可以方便地实现直流电机的速 PID精度高的优点，组成复合模糊控制，以提高控制系 度和转矩独立控制。 统的总体性能。仿真结果表明，所设计的励磁／速度独