电力传动控制系统——运动控制系统汤天浩第05章节电力传动控制系统的分析与设计.ppt

（5）调节器参数计算，根据调节器参数与典型系统参数的关系，计算出相应的调节器参数值； （6）系统性能的校核，将已设计好的调节器及其参数组成的闭环系统进行性能校核，以检验所设计的调节器是否能控制电力传动系统达到生产工艺要求。 对于多环的电力传动控制系统，系统设计和校正往往遵循先内环后外环的原则，即先设计内环的调节器，将系统内环校正成较低阶的典型系统；再设计外环的调节器，将整个系统校正成典型系统，并满足系统性能指标要求。 系统设计举例 例5-2 现以图4-28所示的基于电压型逆变器的直接矢量控制系统为例，按照基于典型系统的工程设计方法进行设计。 （1）系统结构分析 该系统在转速环和磁链环内各带一个电流内环，以改善电流控制性能。如果忽略逆变器和电流环小时间常数的影响，Te*后面的“ ”可以和电动机模型中固有的“ ”对消，实现了转矩与转子磁链的动态解耦。于是整个矢量控制系统可以解耦成转速和磁链两个线性子系统，其结构图如图4-29所示。图中，近似认为电流闭环是一阶惯性环节， 是其等效的小时间常数，采用电流闭环控制的PWM变频器-异步电动机数学模型近似看成是两个电流分量输入的数学模型。 （2）磁链调节器的设计 按图4-29， 将磁链子系统画成如图5-8所示的结构，图中暂不考虑给定和反馈的滤波，将电流闭环近似认为是一阶惯性环节，T?i是其等效的小时间常数。 对磁链环的要求是超调小和无静差，因此AΨR也应采用PI调节器，并把磁链环校正成典型Ⅰ型系统。AΨR的传递函数为 （5-30） 磁链环的开环传递函数为 （5-31） 其中，磁链环开环增益K?为 按照典型Ⅰ型系统的参数关系，取 开环传递函数可简化为 （5-32） （5-33） 典型Ⅰ型系统： （3）转速调节器的设计 同样，按图4-29可将转速子系统画成如图5-9所示的结构，图中也暂不考虑给定和反馈的滤波，将电流闭环近似认为是一阶惯性环节，T?i是其等效的小时间常数。 在高性能的矢量控制系统中，对转速环的主要要求和直流调速系统中一样是：转速无静差、抗负载扰动能力强，许多系统还希望有快速的动态转速响应。因此，应该把转速环校正成典型Ⅱ型系统，ASR应采用PI调节器，其传递函数为 （5-34） 于是转速环的开环传递函数为 （5-35） 其中，转速环开环增益为 （5-36） 按照典型Ⅱ型系统的参数关系，取 5.2.4 数字控制系统的设计方法* 前述的几种系统设计都是针对线性连续控制系统的设计和校正方法，随着计算机技术的广泛应用，基于微机控制或DSP控制的电力传动系统已成为今天实际应用系统的主流。 对于数字控制系统的设计，主要有模拟化设计和离散化设计两类方法： （1） 模拟化设计方法是把控制系统进行模拟化处理，将数字环节转化为等效的模拟环节，然后按连续系统方法设计调节器，再将所设计的调节器数字化。 但是，在离散化过程中会引起调节器的脉冲响应和频率响应失真等问题，使得由连续方法设计的参数一般要经过反复修正才能在数字控制系统中使用。 （2）离散化设计方法是把控制系统直接进行离散化处理，求出系统的脉冲传递函数，然后按离散系统理论设计数字控制器。由于在设计过程中不需要进行离散化和反离散化处理，因而这种直接数字设计方法计算简单、结果精确，且可以实现复杂的控制策略，更适用于数字控制系统的设计。常用的离散化设计方法有：最少拍系统设计法、无波纹最少拍系统设计法等。 但是，如果采用通常的离散化设计方法来设计电力传动系统的调节器，往往难以把设计好的数字控制器从结构到参数与实际的调节器联系起来，这给系统的实现带来困难。因此，如何寻求一种象连续系统那样简单实用的工程设计方法，以简化调节器设计，减少系统调试工作，是值得探讨的问题。笔者曾在这方面有所尝试，采用数字频域法，研究一种类似于连续系统工程设计方法的离散系统工程设计法。 1．数字频域法概要 数字频域法的基本思想是 将基于z域分析的离散系统变换到一种虚拟的数字频域进行分析和设计，这样就可以应用类似于连续系统的频域分析和设计方法，以获得简单实用的调节器设计方法。 从z域变换到虚拟的数字频域的基本变换为w变换，其定义为 由w表示的双线性变换将原在z平面的系统转换到w平面，其映射关系如图5-10所示， 原来处于z平面上单位园内的点被映射到w平面的左半平面；而在z平面单位圆外的点被映射到w平面的右半平面。 经过w变换，可以看出离散系统得到了类似于连续系统在S平面的表示形式，比如：稳定系统的根轨迹位于w域的左半平面，不稳定系统的根轨迹位于w域的右半平面。但是，在s域与w域之间虽然幅值特