1、中文翻譯控制技術驅(qū)動和控制手冊第A4章扭矩、速度和位置控制A4 1一般原則4 1 1理想的控制系統(tǒng)許多應用有一些必須控制的下列參考量。例如，大型電機的速度可以通過低功率控制信號來設定。這可以通過使用變速驅(qū)動器描述如下。理想情況下，參考值和電機速度之間的關系應該是線性的，并且速度應該隨著參考值的變化而立即變化。任何控制系統(tǒng)都可以表示為圖A4.1b，帶有輸入?yún)⒖夹盘?、傳遞函數(shù)f和輸出。因為系統(tǒng)是理想的，傳遞函數(shù)f是一個簡單的常數(shù)，所以輸出將與參考成比例，沒有延遲。A4 1 2開環(huán)控制不幸的是，許多實際系統(tǒng)的傳遞函數(shù)都不是常數(shù)，所以如果沒有任何形式的反饋來輸出正確的非理想傳遞函數(shù)，輸出就不滿足要求。

2、使用an172控制技術驅(qū)動和控制手動。感應電機提供了一個簡單的開環(huán)變速驅(qū)動gdp1作為例子。下面列出了實際系統(tǒng)：中可能出現(xiàn)的一些副作用速度調(diào)節(jié)。輸出一個簡單的開環(huán)驅(qū)動是一個固定的頻率和一個比例速度參考，所以應用于電機的頻率仍然是一個恒速恒定參考。該電機的速度降用作負載，因此由于電機的滑動特性，速度不能保持在所需的水平。不穩(wěn)定。即使應用頻率是恒定的，也可以在特定的負載條件和特定的頻率下以期望的速度擺動電機速度。不穩(wěn)定的另一個主要來源在于旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng)是低損耗的彈性聯(lián)軸器和軸。非線性。非線性有許多可能的來源。例如，如果馬達連接到齒輪箱，輸出齒輪箱的速度可能會在齒輪之間反彈。變化和溫度。系統(tǒng)傳遞函數(shù)的

3、某些方面可能隨溫度而變化。例如，感應電動機的轉(zhuǎn)差率隨著電動機的溫度而增加，因此對于給定的負載，電動機的速度可以降低。馬達的速度從一開始就很慢。延遲。使用簡單的開環(huán)逆變器和感應電機，在電機速度改變到所需水平后，速度參考會有延遲。在非常簡單的應用中，例如控制傳送帶的速度，這種類型的延遲可能不是問題。在更復雜的系統(tǒng)中，如機床軸，延遲對系統(tǒng)質(zhì)量有很大影響。如果使用開環(huán)控制系統(tǒng)，這些只是可能產(chǎn)生的一些副作用。提高控制器質(zhì)量的一種方法是使用測量的輸出向閉環(huán)控制施加一些反饋。A4 1 3閉環(huán)控制如圖a4-2所示，簡單的開環(huán)驅(qū)動部分a4-12可由控制系統(tǒng)代替?？刂葡到y(tǒng)不僅提供了校正輸出變量中任何誤差的方法，而

4、且還具有穩(wěn)定的響應特性。電機軸的速度測量和比較速度參考給出了速度誤差。將傳遞函數(shù)g修改為輸入電流控制塊中沒有me *的電流參考時出錯。本章將討論電機電流控制的各種方法。然而，現(xiàn)在應該假設電機電流控制可以給出一個轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩與沒有電流參考成比例。如果電動機的速度從參考水平改變，則產(chǎn)生速度誤差，并且扭矩被施加到負載修正，以使速度回到所需水平。為了從閉環(huán)控制系統(tǒng)中獲得必要的結(jié)果，必須選擇合適的傳遞函數(shù)。這個功能可以是一個簡單的增益，所以現(xiàn)在參考我。Kp補碼。這將提供對輸出速度的一些控制，但是如果任何轉(zhuǎn)矩需要保持電機速度，速度誤差必須具有非零值。任何速度誤差都會隨著時間的推移而累積，而電流基準被構造成

5、提供必要的扭矩。一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，其比例項和積分項稱為比例積分控制器。雖然閉環(huán)控制器有很多種類型，但PI控制器是最常用的一種，因為它實現(xiàn)簡單，易于設置，并且容易被大多數(shù)工程師理解。如果輸出在最短時間內(nèi)沒有任何尖峰到達參考，則響應被描述為極度阻尼。如果這是不可接受的過度，那么這是給出最小損失之間的延遲的最佳可能的響應輸入輸出系統(tǒng)。如果系統(tǒng)的阻尼增加且響應緩慢，則稱之為阻尼。如果系統(tǒng)欠阻尼，包括一些過沖和振蕩參考，它可能需要先穩(wěn)定下來。這些結(jié)果是一個簡單的二階系統(tǒng)，表明增加阻尼可以減少超調(diào)量，并且系統(tǒng)響應較慢。真實系統(tǒng)可能更復雜，增加阻尼并不總是能產(chǎn)生結(jié)果。該反應可以是閉環(huán)系統(tǒng)，并且有必要改變參考

6、水平的最小時間。在另一個步驟中，響應可以顯示輸出改變?yōu)槠渌碳?，例如負載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變。在這種情況下，響應通常應該盡可能小。當控制系統(tǒng)用于隔離時，閉環(huán)階躍響應可用于評估性能。然而，如果控制器本身是包含在另一個控制回路中的封閉系統(tǒng)，那么獲得和延遲是重要的，因為它們將影響系統(tǒng)性能。增益和延遲可以是根據(jù)博德圖的增益和相位的響應和頻率。理想的控制器在所有頻率下都有單位增益和零相移；然而，在再保險中。這些效應是系統(tǒng)帶寬的量度，通常定義為23 dB增益特性點。在例子中，給出了具有相應相位延遲的系統(tǒng)階數(shù)。一階系統(tǒng)的延遲為23，458分貝，二階系統(tǒng)的延遲為23，608分貝，就像你的例子一樣。有關系的運輸延遲和數(shù)字系

7、統(tǒng)可能會進一步延遲。在許多情況下，帶寬指的是估計動態(tài)執(zhí)行屬性的控制系統(tǒng)。換句話說，更高的帶寬和更好的性能。帶寬通常是23 dB的增益特性，因此注意頻率參考點的重要性是非常重要的，特別是對于數(shù)字實現(xiàn)，這在質(zhì)量控制系統(tǒng)中可能無法解釋。如果控制器是ph值包含在另一個閉環(huán)控制系統(tǒng)中。如果控制器包含在另一個閉環(huán)控制系統(tǒng)中，相位延遲非常重要。如果延遲太大，可能需要跟隨德國旋律環(huán)來保持穩(wěn)定。增益特性可能導致不可接受的過沖。雖然現(xiàn)代變速傳動裝置包括許多功能，但最基本的功能是控制驅(qū)動扭矩(或力)或速度位置。在繼續(xù)之前，詳細介紹了不同類型的變速驅(qū)動功能，控制理論討論了其中每一個的數(shù)量。位置控制系統(tǒng)如圖5 a4所示

8、。這包括一個內(nèi)部速度控制器，速度控制器全年都有一個內(nèi)部扭矩控制器。它可以創(chuàng)建一個系統(tǒng)來確定控制器的位置，并將機械扭矩直接施加到負載上，而不需要內(nèi)部循環(huán)速度和扭矩。然而，位置控制器需要能夠控制電機繞組、機械負載和速度與復雜傳遞函數(shù)的轉(zhuǎn)換。這種方法的另一個優(yōu)點是，可以對每個控制器的速度和扭矩或速度變化之間的距離進行限制。只有當系統(tǒng)需要控制速度和位置控制器時，當系統(tǒng)忽略控制的需要時只有系統(tǒng)扭矩、位置和速度控制器將被忽略。位置傳感器被顯示為提供反饋系統(tǒng)，但是這可以代替速度傳感器，或者它可以被完全省略，如下所示。位置信息所需的扭矩控制器功能由交流電機驅(qū)動(見虛線)。如果由位置反饋提供的反饋被導出，則改變

9、速度比傳統(tǒng)的采樣周期快。無傳感器方案可以控制交流電機的速度和扭矩，在這種情況下，傳感器是不必要的。在DC電機驅(qū)動中，位置反饋對于轉(zhuǎn)矩控制器是不必要的，因此速度反饋裝置，例如速度傳感器，可以用來提供反饋控制器。同樣，速度反饋裝置中可能不需要無傳感器方案。A4 2 2扭矩控制扭矩控制器是一個旋轉(zhuǎn)電機，或者力控制器是一個線性電機，這是最基本的內(nèi)部循環(huán)變速驅(qū)動。這里只討論扭矩控制，但是該原理也可以應用于線性力控制。為了解釋轉(zhuǎn)矩控制的原理，一個簡單的DC電機系統(tǒng)如圖a4-6所示。交流電機中的轉(zhuǎn)矩控制分析可以以完全相同的方式進行，提供適當?shù)霓D(zhuǎn)換扭矩需求或參考(Te *)由扭矩控制器轉(zhuǎn)換成電機電樞處的電流，

10、電機本身將電流轉(zhuǎn)換成扭矩。電流控制驅(qū)動機械負載。圖A4.6b顯示了系統(tǒng)要求轉(zhuǎn)換成電機電流的扭矩參考值。扭矩參考值(Te *)第一次變成了電流參考值(ia *)，其中包括電機通量的比例效應。當終端電壓超過電源電路的最大可能輸出電壓時，控制電機勵磁電流(如果有)的車輛流量通常會從其額定水平降低到更高的速度，而無需進行這種調(diào)整。然后將限流用于電流參考，以使所需電流不超過Kappa容量的驅(qū)動。電流基準(限于最高電平)成為輸入比例積分控制器。具有等效電路的電機由電阻、電感和反電動勢組成，磁通與速度成正比單個PI控制器可以成功地控制該電路中的電流，因為隨著速度的增加，電壓需要克服反電動勢來積分pro II

11、。積分控制可能相對較慢，因此為了提高性能，具有瞬態(tài)速度變化的電壓前饋字相當于包括Kevc/packing。組合的輸出PI控制器和電壓前饋項形成參考電壓(va *)，以便向電源電路施加電壓(va)并向電機電路提供電流(ia)。電流測量、傳感器和電流控制器用作反饋。和線性部件，例如a4 6，數(shù)字驅(qū)動器中的電流控制回路，包括采樣延遲和電源電路延遲了。實際上，控制器的響應是通過比例增益獲得的。特別地，如果電壓前饋使用項積分詞很少影響瞬時反應。這是一個有用的扭矩控制器，了解閉環(huán)傳遞函數(shù)(即Te/Te *)，一個獨立的扭矩可以預測控制器或外環(huán)中的固有轉(zhuǎn)矩控制器(例如速度控制器)的效果。作為回應，委員會系統(tǒng)

12、延遲將閉環(huán)響應表示為簡單增益和單位增益?zhèn)鬏斞舆t是合適的。扭矩可以用N m來表示，但它是一種更傳統(tǒng)的額定電機扭矩，具有一定的使用價值百分比。單獨使用扭矩控制器時的傳遞函數(shù)。Kt是電機在轉(zhuǎn)速為A21時的扭矩常數(shù)。如果使用扭矩控制器如圖A4.7b所示，必須使用外部速度控制器的稍微不同的表示。速度控制器的擺動扭矩值參數(shù)測試數(shù)據(jù)，統(tǒng)一對應于指定的尺寸或額定驅(qū)動電流水平。從控制的角度來看，這并不重要無論這是驅(qū)動器的最大電流容量、額定電流還是其他水平。使用的實際水平定義為Kc(安培數(shù))，并且應該包含在如圖所示的傳遞函數(shù)中。這些簡單的模型允許獨立的扭矩控制，驅(qū)動用戶預測性能?；蛘吲ぞ乜刂破骱屯獠克俣拳h(huán)。A4

13、2 3通量控制電機的通量，也就是電機的端電壓，定義了給定速度下的通量產(chǎn)生電流。舉個簡單的例子。明顯使用電機驅(qū)動，電機通量水平設置勵磁電流if。流量控制器(圖a4 8)包括一個內(nèi)部電流回路和一個外部回路，并保持額定流量，直到電樞端電壓達到最大值。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加到額定轉(zhuǎn)速以上時，勵磁電流、磁通和電樞電壓被控制在所需的最大值。扭矩和流量控制器在圖a4-9中以簡化形式顯示。有一個內(nèi)部電流控制器，它產(chǎn)生參考電壓和電源電路，并切換到電流。該系統(tǒng)顯示了DC電機驅(qū)動，但基于矢量的轉(zhuǎn)換可以用來模擬這種交流電機和矢量控制交流電機驅(qū)動系統(tǒng)的形式。A4 2 4速度控制A4 2 4 1基本速度控制閉環(huán)速度控制可以通過

14、應用簡單的轉(zhuǎn)矩控制器來描述。對于這種分析，假設載荷是一個慣性J，一個扭矩Td和一個速度(摩擦力被忽略)。由此產(chǎn)生的系統(tǒng)。使用轉(zhuǎn)矩控制器，了解閉環(huán)響應、獨立速度控制器的響應或外環(huán)位置的固有速度控制器的效果是有用的。如果需要溫和的響應，速度控制器不會受到系統(tǒng)延遲的顯著影響，可以使用線性傳遞函數(shù)，如等式(a4 4)。這些等式中的所有常數(shù)和由當前控制器帶來的延遲通常被提供給用戶以計算和/或模擬速度控制器，該速度控制器可以預測性能。除了提供所需的閉環(huán)階躍響應外，由于系統(tǒng)能夠防止不必要的運動，因此施加扭矩瞬變也很重要。這可能是由于突然施加負載或負載不均勻。能夠防止不必要的運動被稱為僵硬。這個柔度角系統(tǒng)是剛

15、度的量度，將在后面討論(a4 2 4 2)。隨著阻尼系數(shù)的增大，閉環(huán)反應過度減小，響應速度加快。由于分子年齡的原因，閉環(huán)響應包括阻尼因子的10%超越和統(tǒng)一。學期隨著阻尼系數(shù)的增大，過度反作用力減小，轉(zhuǎn)矩傳遞的瞬態(tài)響應變慢。在這種情況下，分子和反應中沒有時間順序項，包括沒有過沖和阻尼系數(shù)的統(tǒng)一。從這些結(jié)果來看，比例增益越高，阻尼因子越高，響應越快；然而，到目前為止的結(jié)果假設了一個理想的扭矩控制器，沒有額外的不必要的延遲。在真實的數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)中，可能存在圖a4-12的延遲。延遲包括表示采樣周期的速度測量值，但這僅在速度反饋來自位置反饋設備(如編碼器)并且在固定采樣周期內(nèi)測量為變化位置時才相關。不必

16、要延遲的影響可以在實際系統(tǒng)的閉環(huán)階躍響應中看到，如圖a4 13所示。在每種情況下，理想系統(tǒng)的響應都比實際系統(tǒng)的響應過沖得多。如果阻尼系數(shù)設置為1，可能會被接受為過大，但阻尼系數(shù)為1.25的響應相當振蕩，可能是不可接受的。不必要的延誤的影響更加明顯。延遲時間越長，速度控制器將隨著設置帶寬的增加而增加。額外延遲的影響可以看出，波德圖的閉環(huán)響應由速度控制器設置為統(tǒng)一的阻尼系數(shù)(圖a4 14)。23 dB頻率的增益特性明顯高于理想速度控制器，而608頻率的相位特性幾乎沒有變化。如果將其用作獨立控制器，增益特性可用于預測帶寬，但應指出，在某些頻率下，增益大于單位。通常，帶寬是基于增益特性的唯一帶寬，這是一個參考，因為它使性能看起來更好，在這種情況下，2 000 rad s21。然而，如果速度控制器包含在外部位置控制器中，帶寬會不必要地延遲速度控制器的性能。當自然的量化速度反饋來自位置傳感器在固定采樣周期內(nèi)的位置變化時，它也可以限制這一點。速度控制器中的高比例增益(即高帶寬)會從量化速度反饋中產(chǎn)生高頻轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。A4 2 4 2設置速度控制器的收入所提供的負載慣量是已知的，可以選擇比例和積分上升速度控制器，并且可以根據(jù)所需的帶寬或所需的組合特性角