关键字 |
| 无刷直流电机(刷),Four-switch三相逆变器,微控制器和比例- Integral-Derivative控制器(PID)。 |
介绍 |
| 可调速驱动器是优于固定速电动机由于速度或位置控制和改进瞬变。电动机转速控制器的目的是将一个信号代表要求速度和驱动电动机的速度。无刷直流电机主要是首选,因为他们提供了几个优势,包括长寿命、降低噪声和功率比的好重量/尺寸。无刷直流电机中使用越来越多的应用,如计算机硬盘、CD / DVD播放器和电脑散热风扇。低速度,低功率无刷直流电机在直接传动转盘用于模拟音频记录。 |
| 他们还做了一些工作在一个传感器无刷直流电机驱动四个开关。four-switch三相无刷直流电机驱动的PWM结构产生四个浮动阶段感知电动势和构建六减刑。基于电压可控的阶段的过境点,可以获得转子的位置信息。定子终端电压的零过境点是通过使用虚拟霍尔传感器检测到信号,而不需要建立一个30¢¦相移,这在大多数传感器算法是普遍的。比例积分控制器使稳态误差减少到零。PI-controlled系统少真正响应较快改变状态,所以该系统将慢到达设定值。系统没有超调,摆动或打猎有关控制设置点值PID回路时收益必须减少。 |
| four-switch三相无刷直流电机驱动器提出了简化传统sixswitch逆变器的拓扑结构。无法控制阶段电流带来了不对称电压矢量,产生更多的从矩形波形失真。为了避免这个问题,直接电流控制的基础上使用滞后和它感觉电流阶段A和B分别通过两个电流传感器,然后分别开关[1]- [4]。设计four-switch无刷直流电机驱动显示令人满意的性能,尽管减少电流传感器。 |
| 在第二部分讨论了关于无刷直流电机的建模。第三部分论述了传统电机的速度控制。第四部分介绍了混合微控制器和PID算法的速度调节器来改善控制性能,详细说明了控制系统的实现。仿真和实验结果给出了部分V。 |
无刷直流电机的建模 |
| 无刷直流电机驱动系统建模是基于以下的假设 |
| 即每阶段所有定子相绕组都平等的阻力,不断的自我和相互电感。 |
| 二世。电力半导体器件的理想。 |
| 三世。铁的损失可以忽略不计,电动机是不饱和的。 |
| 基于上述假设,三相输入电压[2]表示如下, |
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| 称为电磁转矩, |
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| 也可以称为电磁转矩, |
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| 电磁转矩可解释的力学参数, |
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| 在哪里 |
| 我。定子相绕组电压的相位,b和c给出Va、Vb和Vc。 |
| 二世。ea, eb和ec -动势的一个阶段,分别是b和c。 |
| 三世。阶段的电流阶段a, b和c Ia, Ib和集成电路。 |
| 第四。TL是负载转矩、J惯性矩,角速度ω,B是粘性阻尼系数。 |
传统的电机的速度控制 |
| 换向确保适当的无刷直流电机的转子旋转,而电机转速计算只在外加电压的振幅。实际电压的振幅调整利用PWM技术。至关重要的速度由速度控制器控制。应用速度控制器作为一个传统的PI控制器。实际之间的差距和需要的速度输入PI控制器和基于这种差异,的责任周期PWM脉冲控制的PI控制器,它对应于所需的电压振幅保持所需的速度。速度控制器根据以下方程计算比例积分算法 |
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| 传统六开关逆变器无刷直流电机是用于常见的三相无刷直流电机,如图2中所示。功率级利用六个功率晶体管的开关在自主模式或互补的模式。在两种模式下,三相功率级同时激发两个运动阶段。第三阶段是无动力的。因此,六个可能的电压向量是使用脉宽调制技术应用于无刷直流电机。有两种基本类型的功率晶体管开关和互补切换、独立开关,这是表示在接下来的部分。图3所示的配置four-switch逆变器三相无刷直流电机。 |
| 它有两个常见的电容器,而不是一对桥梁使用和c阶段已经失控,因为它是连接到系列电容器的中点。从图2,相电流不能维持在零,它会导致一个额外的和意想不到的电流,在电流失真传播阶段a和b,甚至在系统的崩溃。four-switch模式获得相同的问题,它会导致产生电压向量是有限和不对称,不对称电压向量一样重要。表1中显示刷的基本工作原理。 |
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该方法 |
| 答:PID控制器 |
| PID控制器是一种集体控制回路反馈控制器广泛应用于工业控制系统。一个错误值的区别是测量过程变量,计算所需的设定点计算通过使用PID控制器。控制器使试图减少误差的调整方法控制输入[5]。必须调节PID参数用于计算根据系统而设计的标准;在具体的系统参数被暂停。 |
| PID控制器算法包含三个独立参数,因此有时被称为三届控制:比例、积分和微分值,指出P,我,和d比例值决定了反应此错误,积分值决定了反应基于最近的和错误和基于导数值决定了反应的速率动态误差。这三种行为的加权和被用来调节方法通过轴承部分的位置控制阀或加热元件的电源。一些,这些值的时间:P取决于当前的错误,我过去错误的积累,和D可以预测未来的错误,支持当前的修正案[3]。 |
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| 撅嘴的输出成正比,Kp获得成正比,IOUT是积分项的输出,Ki积分获得,DOUT导数项产出和Kd的导数。 |
| 比例、积分和微分项总结计算PIDcontroller的输出。控制器的输出被定义为u (t), PID算法的最终形式是: |
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| PID控制器具有以下优点,如积分控制器给零稳态误差的阶跃输入和微分控制术语经常产生更快的响应。 |
| b . PID控制器的优化方法 |
| Ziegler-Nichols调优方法是一种启发式优化PID控制器的方法。通过设置执行我和D收益为零。P获得被夸大了(从0),直到它到达最终获得Ku,在控制回路的输出与恒幅振荡。表2显示了PID控制器的优化配方调优方法[5],[6]。 |
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| 提出了控制系统 |
| 混合动力系统采用双环结构。内部电流环保持长方形的电流波形,限制了最大电流,确保系统的稳定性。外速度环的目的是提高系统的静态和动态特性。内循环造成的干扰受到外层循环,因为系统性能由外循环。因此,这个循环采用常规PID控制器,因此速度环采用单片机。然后,参数可以在线管理和系统适应不同的工作环境。整个系统显示在图4。这里使用一个PID控制器作为电流调节器。 |
| 根据霍尔信号,控制器在电机运行时工作在模式2、3、5和6。微控制器作为速度控制器。可以称为速度差异 |
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| V *是给定的速度值和V (t)是测量速度值在时间t。微控制器的输出我* (t)的阈值电流调节器。系统的安全,我* (t)不能超过的最大设置值。然后,给出了电流调节器输入的表达式。 |
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仿真结果和分析 |
| 仿真软件模型与控制器的速度控制刷了Matlab 08年如图5所示。运行模拟为一个特定的时间(例如2到3秒)Matlab 08年100拉德的参考速度/秒(即。314×60/2π)= 3000 rpm和负载转矩的10 n - m。 |
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| 模拟使用MATLAB 08年,混合动力控制器(微观和PID控制器)是更有效的比传统的PID控制器和微控制器。如图片所示,PID控制器non-overshoot和启动速度曲线稳定。当负载的突然增加或突然改变转速增加,本控制系统具有更好的鲁棒性和快速跟踪能力比PID控制器[8]- [11]。它可以证明系统使用微观和PID控制器能更有效地实现参数调优。 |
| 输入电压的基本电压Vs = 190 v。速度和扭矩曲线的仿真结果图7和图7所示。 |
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结论 |
| 本文提出了four-switch三相无刷直流电机驱动器。PID控制器使用外循环发展速度控制的性能。仿真软件模型在Matlab开发的08年与PID控制器和微控制器对无刷直流电机速度控制。设计单片机协调方案的主要优势控制无刷直流电机的速度是提高动态性能和提供良好的稳定。整个系统的成本降低,因为只有一个电流传感器是必需的。应该注意,减少电流探测器肯定给控制系统带来一些负面影响,如最新限制在特定的模式。此外,项目往往是困难的,因为一个特殊的算法是必要的在减少电流传感器作为补偿。 |
引用 |
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- Gui-Jia苏和约翰·w·麦基弗”低成本的无传感器无刷直流电机的控制与改善速度范围”IEEE反式。战俘。电子,19卷,没有。2,页。296 - 302年,2004年3月。
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- 黄永发。李,t·s·艾。金,D.-S。Hyun”,研究改进four-switch三相无刷直流电机的速度响应特性”在Proc, IEEE印第安纳。电子。Soc。相依,2004,2卷,第1339 - 1343页。
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