首页 永磁交流调速系统参数辨识与PI自整定研究

永磁交流调速系统参数辨识与PI自整定研究

举报
开通vip

永磁交流调速系统参数辨识与PI自整定研究 中国农村水利水电 ·2008年第 5期 121 文章编号:1007—2284(2008)05—0121—03 永磁交流调速系统蚕数辨识与PI自整定研夯 张好 明,孙玉坤 (江苏大学电气信息工程学院,江苏 镇江 212013) 摘 要:传统 PI控制器不具有参数在线整定功能,难以满足高性能永磁 交流调速 系统要求。根据永磁 同步电机速 度环等效原理和经典控制理论推导出PI参数与永磁 电动机转动惯量的数学关系;根据永磁 同步电机的运动方程和离散 模型参 考 自适应 理论,建立 永磁 电动 机转...

永磁交流调速系统参数辨识与PI自整定研究
中国农村水利水电 ·2008年第 5期 121 文章编号:1007—2284(2008)05—0121—03 永磁交流调速系统蚕数辨识与PI自整定研夯 张好 明,孙玉坤 (江苏大学电气信息工程学院,江苏 镇江 212013) 摘 要:传统 PI控制器不具有参数在线整定功能,难以满足高性能永磁 交流调速 系统要求。根据永磁 同步电机速 度环等效原理和经典控制理论推导出PI参数与永磁 电动机转动惯量的数学关系;根据永磁 同步电机的运动方程和离散 模型参 考 自适应 理论,建立 永磁 电动 机转动 惯 量辨 识模 型;通过 软件 方 式 实现 PI参数 在 线 自整 定。基 于 TMS320F2407A的全数字交流调速实验结果证明离散模型参考自适应理论可实现转动惯量的在线辨识,PI自整定可有 效地 消除 系统的超调 ,减 少响应 时间,极 大地提 高 了系统的动 态性能 。 关键词 :永磁同步电动机;转动惯量;参数辨识;PI自整定 中图分类号 :TM301 文献标识码:A Reasearch on Parameter Identification and PI Self-adj usting of AC Speed Control System for the Permanent Magnet Motor ZHANG Hao-ming,SUN Yu-kun (School of Electrical and Information Engineering,Jiangsu University,Zhe~iang 212013,Jiangsu Province,China) Abstract:Traditional PI controllers have no self-adjusting function,which cafft satisfy the needs of high performance AC speed con— trol system for the permanent magnet motor.The relationship between PI parameters and inertia is deduced on the basis of perm a— nent magnet motor speed loop equivalent principle and classical control theories.Inertia identification model is established based on the mechanical equation and discrete model reference adaptive control theory of perm anent magnet synchronous motor.Full—digital AC speed control results based on TMS320F2407A indicate that discrete model reference adaptive control can realize on—line inertia detection.PI self—adjusting can eliminate speed overshooting,decrease latency time,thus improving the dynamic perform ance of the system greatly. Key words:perm anent magnet synchronous motor;inertia;parameter identification;PI self—adjusting 0 引 言 永磁同步电机由于具有体积小、功率密度高、转动惯量小 、 脉动转矩低等优点而广泛地应用于交流调速系统当中El,2]。矢 量控制的应用使得永磁同步电动机的控制性能有 了进一步的 提高[3“]。矢量控制在系统结构上通常都采用带内外环的级联 结构:内环实现快速的电流控制,外环实现速度控制。在控制 器的设计问题上,试图用现代控制理论获得较好的控制性能 , 收稿日期:2007—11-19 基金项目:国家自然科学资金(60740044)项目;江苏省高新技术项 目(BG2001029)。 作者简介:张好明(1978一),男,博士研究生,研究方向为混合动力系 统的设计与控制,电机本体设计与控制。 但事实证明日前应用最多的还是 P1D控制器。在实际设计中, 为满足较低的时间响应,常采用三阶最佳设计,电流环和速度 环均采用 PI控制。由于不同的比例积分系数对系统动态和静 态性能的影响不同,这就需要找到最佳的 PI参数,以达到最优 控制。 调速系统负载对象特征发生变化时,整个交流调速系统的 特征也会发生变化 :系统转动惯量加大会使系统响应变慢,容 易造成系统不稳定,产生爬升现象;系统转动惯量减小虽然会 使系统动态响应速度加快,但会使速度出现超调甚至震荡现 象。为了满足不同的外围负载运行情况 ,需要调整相应的调节 控制器参数。但常规 PI控制器不具有参数在线整定功能,这 使得当系统误差及其变化率较大时,PI控制器参数难以满足 高精度控制系统要求。本文借助调速系统原理和经典控制理 论 ,从永磁同步电动机速度环等效模型找到 PI参数与转动惯 维普资讯 http://www.cqvip.com 122 永磁交流调速 系统参数辨识与 PI自整定研究 张好明 孙玉坤 量的数学关系,通过离散模 参考内适应理论实现转动惯量的 参数辨识 ,从而为软件实现 Pl参数的自整定奠定了基础 。 1 PI控制器数学模型 对于交流永磁渊速系统i『i『 ,系统的电磁暂态过程相对机 械暂态过程较快,电流环时『HJ常数很小。远远小于速度环时间 常数,因此在设计速度环控制器参数时可认为电磁暂态过程已 经结束,因此可将电流环看作一阶小惯性环节。如不考虑摩擦 阻力转矩和负载转矩对系统的影响,速度环等效原理如图 1所 示。其中, 和 分别为给定速度和反馈速度,k 和k 分别 为速度环比例系数和积分系数, 为电流环时间常数,P 为电 机极对数, ,为永磁体磁链,‘,为系统转动惯量。 图 1 递厦环等效框 图 由图 1知 ,速度环开环传递函数为: 昔 ,( p +k ) G( )一÷ 矿 ( 令k一号 i , /J, 一kp/ki,贝0: G 一 Z'i5 (2) S 十 l J 由式(2)可以看出等效后的速度环为典型的Ⅱ型系统。根 据经典 自动控制理论,为了使式(2)具有一定的相对稳定性,又 有尽可能快的响应速度 ,一般要求: h一 / 一 4, 一 hr ,k一 1/8 (3) 则: G㈦ 一 一 ㈤ , , 走 一瓣 (5) kp J 由于P 、 、 均为常数,从式(5)可以看出,速度调节器中 比例系数 k 和积分系数k 均与转动惯量成线性关系。这样在 电机其他参数保持不变而只有转动惯量改变时,只需将速度调 节器 PI参数按照上述规律成比例改变,即可得到最优的控制 效果 ,图2为这次调速实验原理框图。 图 2 PI自整定调速原理图 2 离散模型参考自适应转动惯量参数辨识 转动惯量对交流调速和伺服系统性能影响较大,如果系统 本身具有识别转动惯量的本领 ,并据转动惯量识别结果对相应 参数进行 自动调整,对提高交流调速和伺服系统的性能具有非 常重要的意义。 系统转动惯量的辨识有多种方法:加减速法转动惯量辨识 是一种离线式辨识方法,无法完成在线辨识 ,且要求速度线性 变化,在实际应用中带来诸多不便 ;最小二乘法具有数据“饱和 现象”,且要求电机转速变化不大,才能对转动惯量进行辨识。 模型参考自适应控制方法(MRAC)是 自适应控制领域中 应用比较成熟的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 之一。该方法以超稳定性理论为基础的 设计方法,因此 ,在进行参数辨识时,能够保证参数渐进收敛。 模型参考自适应辨识(MRAI)是由模型参考 自适应控制的思想 衍化而来,其主要思想为:将含有待估计参数的方程作为参考 模型,不含未知参数的方程作为可调模型,两模型具有相同物 理意义的输入与输 t量。利用两模型输出量的误差来实时调 节可调模型的参数。从而实现可调模型的输出跟踪控制对象的 输I叶j。 fn资料 知,电机的运动方程: 一 Ts+& + , a 一 + TJ + ‘, (6) f 【lZ 式中: 为电机机械角速度;B为摩擦系数; 为电机负载转 矩; 为摩擦阻力转矩。 令广义负载转矩 TF— 4-& ⋯ 则式(6)可等效为: — TF+ J (7) 则: d 一 ( — TF)dt/J (8) 对式(8)离散化得到: ( )一 ( 一1)4-÷ { ( 一1)一TF( 一1)} 一 2oJ,~( 一1)一 ( 一2)+÷{[ ( 一1)一 ( 一2)]4-[TF( 一1)一TF( 一2)]} (9) 由于系统采样频率较高,可认为在一个采样周期 T内广义 负载转矩不变,即: 丁F( 一 1)一 TF( 一2) (1O) 则得到: ( )一 2 ( 一 1)一 ( 一 2)4-口△T ( 一 1) (11) 其中: 口一 T/J,AT ( 一1)一 ( 一 1)一 ( 一2) 将式(11)作为参考模型,建立可调模型 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式为: Ogg( )一 2 ( 一 1)一 ( 一 2)+ (志一 1) △T ( 一 1) (12) 式中: 为速度信号; 为速度估计信号。 由并联型参考 自适应算法 ,可得到系统转动惯量的 自适 应辨识规律: ag(k) ag( . 1)+ ) (13) 式中: 为正的常数。 维普资讯 http://www.cqvip.com 永磁交流调速 系统参数辨识与 PI自整定研究 张好明 孙玉坤 123 由以上推导得到离散模型参考 自适应永磁 同步电机转动 转量辨识原理如图3所示。 厂—— ll{ 上 臣 一 L— 一 ~ 图3 转动惯■辨识方框图 3 速度自整定算法软件实现 TMS320F2407A具有先进的哈佛总线结构和流水线指令 集,运算速度远远快于一般的通用 CPU;芯片本身还集成了多 种 外 设,诸 如 定 时/计 数 器,A/D 转 换 器 等,使 得 TMS320F2407A具有高速的信号实时处理和控制功能 ,非常 适合用于电机的数字调速系统。在全数字凋速系统当中,定时 器中断程序是整个控制算法的关键部分,它担当着系统两闭环 (速度环、电流环)计算与控制、PWM输出以及转动惯量辨识和 PI自整定的任务,其软件 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如图 4。 图 4 定时器中断程序流 程图 转动惯量的参数辨识与速度 自整定子程序流程如图 5。根 据第二部分分析得到的永磁同步电动机转动惯量辨识算法 ,对 相应的变量和寄存器进行设置,在得到转动惯量的基础上,根 据第一部分 PI参数 自整定规律对 PI参数进行在线调整。 4 速度环 自整定实验与结果分析 为了验证设计的有效性,本文针对上述设计进行了实验验 证。实验样机参数:额定功率 PN一2.5 kw;额定转速 7"/一600 r/mira额定转矩 一3.98 N·m;额定电流 IN一4 A;电机极 对数 P 一2;永磁体磁链 一0.331 666 7 Wb;转子转动惯量., 一2.955×10 kg·m2;定子交直轴电感 一 一8.0 mH。 在同一实验中,分别对电机转子和转子加惯性负载两种情 况下的转动惯量进行辨识,惯性负载转动惯量约为 3倍的实际 电机惯量。 图 5 参数辨识与 PI自整定流程图 图 6为电机空载时电机转动惯量辨识波形 ,图 7为加入惯 性负载后转动惯量辨识波形 。从图中可以清楚看出,两者辨识 的结果脉动都很小 ,而且收敛于某一值,这与模型参考 自适应 理论相吻合;当加入惯性轮后实验波形所显示电压值明显且成 比例升高,这与实际要求的辨识值变化趋势相同。 兰 宣 bJ) 邑 .n 衄Il 轻 露 辩 .三 呈 衄Il 轻 需 辩 i I : : ● : + ‘ · ⋯ ⋯⋯ ——■1— — — —~ ’ 。 ’ z 。 ’ r q ⋯”}”H"” 十 , Chll 5.00V M50 Oms : 一 ’ . ; : . 图6 电机转动惯■参数辨识 图7 加载电机转动惯■参数辨识 实验中电机转速从 300 r/min到 1 400 r/min作阶跃变化 , 整定环节不参与调节时,速度波形变化如图 8所示。从图中可 以看出,转速有明显的超调现象发生,且响应时间较长。 电机转速从 300 r/min到 1 400 r/min作阶跃变化,加入 PI 自整定环节,速度波形变化如图 9所示。从图中可以明显地看 出:整定 自环节参与调节时,转速将不再有超调现象发生,速度 环动态响应特性有很大改善。 (下转第 130页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 130 科学有序开发农村水电资源 樊新 中 (上接第 123页) 言 { g ln 图 8 PI整定前速度波形 图9 Pl整定整定后速度波形 5 结 语 (1)交流调速系统惯量辨识值均收敛于某一值,当加入惯 性负载后示波器所显示的平均电压值呈比例升高,与实际辨识 值变化趋势相同,这说明转动惯量参数辨识算法正确 ,为速度 环 PI参数 自整定奠定了坚实的基础。 (2)速度环采用 PI参数自整定策略,无需手工调整控制器 参数。经 自整定后,速度环响应时间短,稳态无静差,极大地提 高了调速系统的性能。 口 参考文献: I-1] 张好明.Halbach永磁同步电动机的计算机辅助设计[D].南京: 南京航空航天大学 ,2004. [2] 高 瑾,胡育文.调速型永磁同步电机参数优化设计的一种图形 化方法口].电工技术学报,2006,21(4):92—97. [3] 李先祥,肖红军,黄道平.三电平矢量控制的永磁同步伺服电动机 调速系统[J].电工技术学报,2004,19(4):28—32. [4] 季 画.永磁同步电机调速系统矢量控制的研究[D].南京:南京 航空航天大学,2004. [5] 汤蕴璎,史 乃.电机学I-M].北京:机械工业出版社,2001. [6] (法)朗道(LanDau,I.n)著,自适应控制:模型参考法I-M].北 京 :国防工业出版社,1985. (上接第 127页) 致谢:文中原始数据及 图片资料来源于四川省雅安市天全县环保 局、水利局、气象局、国土局、林业局、农业局与统计局等,特此感谢。 参考文献: 1-1] 黑龙江省水文总站.区域水资源分析计算方法I-M].北京:水利电 力出版社,1987:74—92. [2] 王西琴,刘昌明,杨志峰.生态及环境需水量研究进展及前瞻[J]. 水科学进展,2002,13(4):5O7— 514. [3] 李丽娟,郑红星.海滦河流域河流系统生态环境需水量计算[J]. 地理学报,2000,55(4):495—500. 1-4] 卞戈亚,周明耀,朱春龙.南方丘陵地区河流系统生态需水量的计 算[J].扬州大学学报(自然科学版),2004,7(2):74—78. [5] 姜德娟,王会 肖,李丽娟.生态环境需水量分类及计算方法综述 [J].地理科学进展,2003,22(4):369—378. [6] 卞戈亚,周明耀,朱春龙.生态需水量计算方法研究现状及展望 [J].水资源保护,2003,(6):46—49. [7] 徐建华,王 玲,王 健.黄土高原植被恢复需水量分析[J].人民 黄河,2003,25(1):13—15. [8] 丛沛桐,王瑞兰,李 艳.南方暖湿地区河流生态环境需水量估算 [J].水土保持通报,2007,27(1):43--46. [9] 耿艳辉,阂庆文,成升魁.西北地区种植业需水分析——以泾河流 域为例[J].生态与农村环境学报,2006,22(4):3O一34. 1,10] 陈玉民,郭国双,王广兴,等.中国主要作物需水量与灌溉I-M]. 北京:水利电力出版社,1995. [11] 王瑞莲,任 岩,李 君,等.生态用水量计算分析[J].东北水利 水电,2006,(10):52—54. 1,12] 徐志侠,董增川,周健康,等.生态需水计算的蒙大拿法及共应用 口].水利水电技术,2003,34(11):15—17. 1,13] Tennant D I .Instream flow regimes for fish,wildlife,recreation and related environmental resourcesl'J].Fisheries,1976,1(4):6 一 】O. 维普资讯 http://www.cqvip.com
本文档为【永磁交流调速系统参数辨识与PI自整定研究】,请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑, 图片更改请在作品中右键图片并更换,文字修改请直接点击文字进行修改,也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享,如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服,我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生,若发现您的权利被侵害,请联系客服邮件isharekefu@iask.cn,我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
下载需要: 免费 已有0 人下载
最新资料
资料动态
专题动态
is_958597
暂无简介~
格式:pdf
大小:227KB
软件:PDF阅读器
页数:4
分类:生产制造
上传时间:2011-03-04
浏览量:14