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如何去实现一种电流环转速环的设计

怎样去设计一种电流内环调节器？

怎样去设计一种转速外环调节器？

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马龙

2021-9-29 10:32:04

　　3、电流环转速环的设计
　　3.1 电流内环调节器的设计
　　矢量控制系统的电流环是对
　　 $i_{q}$
　　进行控制，控制的是定子电流，进而控制电机转矩。
　　电流内环的作用是在电机启动过程中能够以最大电流启动，同时在外部扰动时能够快速恢复，加快动态跟踪响应速度，提高系统的稳定性。
　　

　　上图为电流内环的流程图，电流内环的输入位电流信号的误差值，输出位参考电压，控制电动机转矩。第一个环节是PI调节器，第二个环节是延迟环节，第三个环节是PWM环节。其中电机传递函数可通过近似处理为：
　　 $G_{p}\left ( s \right )=\frac{i_{q}}{u_{q}}=\frac{1}{L_{q}s+R}$
　　在开关频率为10KHz时，由于开关频率较高，就可以把延迟环节和PWM环节合并处理，记
　　 $t_{d}=T_{s}$
　　，并将
　　 $K_{pwm}$
　　看成1来处理，可得以下流程图：
　　

　　对以上流程图分析，将电流环按照典型的I型系统来整定。
　　则开环传递函数：
　　 $\frac{K_{p}\left ( T_{i}s+1 \right )}{T_{i}s}\cdot \frac{1}{L_{q}s+R}\cdot \frac{1}{1+1.5T_{s}s}$
　　若使得
　　 $T_{i}=\frac{L_{q}}{R}$
　　可以得到整定后开环传函：
　　 $G\left ( s \right )=\frac{K_{p}}{R_{s}\ast T_{i}\ast\left ( 1.5T_{s}+1 \right ) }=\frac{K_{p}}{L_{q}(1.5T_{s}+1)}$
　　与一阶典型系统对比，
　　 $G\left ( s \right )=\frac{K}{s\left ( T_{s}+1 \right )}$
　　得到
　　 $K=\frac{K_{p}}{L_{q}}$
　　 $T=1.5T_{s}$
　　一阶系统按
　　 $K_{T }=0.5$
　　计算得出
　　 $K_{p}=\frac{L_{q}}{3T_{s}}$
　　 $K_{i}=\frac{K_{p}}{T_{i}}=\frac{K_{p}\ast R_{s}}{L_{q}}=\frac{R_{s}}{3T_{s}}$
　　3.2 转速外环调节器的设计
　　转速外环设计合理的话，可以减少扰动对系统的影响，减小转速波动，使得系统工作在稳定状态。
　　

　　在研究转速外环的时候，将电流环视为一节环节：
　　

　　由二阶系统自身性能，在阻尼比为0.707时性能最佳，即可推：
　　 $\xi =0.707=>G\left ( s \right )acr=\frac{1}{3T_{s}+1}$
　　同电流环，将延时环节与简化的电流环合并处理得
　　 $T_{s2}=4\ast T_{s}$
　　流程图进一步简化为
　　

　　将转速环按二阶典型环节整定，设转速环PI调节器为：
　　 $\frac{Kn\left ( \tau n\ast s+1 \right )}{\tau n\ast s}$
　　可得一下开环传函：
　　 $G\left ( s \right )=\frac{Kn\left ( \tau n\ast s+1 \right )}{\tau n\ast s}\ast \frac{1}{T_{s2}+1}\ast \frac{90\ast Pn\ast \varphi f}{2\pi Js}$
　　整理后得：
　　 $G\left ( s \right )=\frac{Kn\left ( \tau n\ast s+1 \right )}{s^{2}\left ( T_{s2}\ast s+1 \right )}$
　　按照典型的二型系统的参数关系，应有
　　 $\tau n=h\ast T_{s2}$
　　 $K_{N}=\frac{h+1}{2h^{2}\ast T_{s2}^{2}}$
　　由典型二阶系统整定理论得，h=5时系统性能最佳。
　　经过整理得到：
　　 $K_{n}=\frac{\pi J}{75\ast P\ast \varphi f\ast T_{s2}}$
　　即可得PI调节器参数为
　　 $K_{p}=K_{n}=\frac{\pi J}{300\ast P\ast \varphi f\ast T_{s}}$
　　 $K_{i}=\frac{K_{p}}{\tau _{n}}=\frac{\pi J}{6000\ast P_{n}\ast \varphi f\ast T_{s}^{2}}$

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