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1、 中文譯文 控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)和控制手冊(cè)A4章 轉(zhuǎn)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(yīng)用程序存在一些必須控制跟隨參考量。例如,一個(gè)大型電機(jī)的速度可以設(shè)置從一個(gè)低功率控制信號(hào)。這可以通過使用一個(gè)變速驅(qū)動(dòng)描述如下。 理想情況下,引用之間的關(guān)系和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)該線性,速度應(yīng)該改變立即與變化的參考。任何控制系統(tǒng)可以表示為圖A4.1b,輸入?yún)⒖夹盘?hào),傳遞函數(shù)F和一個(gè)輸出。為系統(tǒng)是理想,傳遞函數(shù)F是一個(gè)簡(jiǎn)單的常數(shù),因此,輸出將會(huì)成正比的參考,沒有延遲。 a4 1 2開環(huán)控制 不幸的是,傳遞函數(shù)的許多實(shí)際系統(tǒng)不是一個(gè)常數(shù),因此如果沒有任何形式的反饋輸出正確的非

2、理想性質(zhì)的傳遞函數(shù),輸出并不遵循需求的要求。使用an172控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)和控制手冊(cè)。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供簡(jiǎn)單的開環(huán)變速驅(qū)動(dòng)器gdp1為例,以下列舉了一些副作用,可以發(fā)生在實(shí)際的系統(tǒng): 速度調(diào)節(jié)。輸出一個(gè)簡(jiǎn)單的開環(huán)驅(qū)動(dòng)是一個(gè)固定的頻率,是成正比的速度參考,所以頻率應(yīng)用到電機(jī)仍然是一個(gè)恒定的速度常數(shù)參考。這個(gè)馬達(dá)的速度滴作為負(fù)載應(yīng)用由于滑移特性的電動(dòng)機(jī),所以速度不保持在所需的水平。 不穩(wěn)定性。它是可能的在特定負(fù)載條件下和在特定頻率的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速擺動(dòng)在所需的速度,即使應(yīng)用頻率是恒定的。另一個(gè)不穩(wěn)定的主要來源在旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)是低損耗彈性聯(lián)軸器、軸。 非線性。有許多可能的來源的非線性。例如,如果電機(jī)連接到

3、變速箱,速度的輸出齒輪箱可能會(huì)受到反彈齒輪之間。 變化與溫度。一些方面的系統(tǒng)傳遞函數(shù)可能隨溫度。例如,一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率隨電機(jī)升溫,所以對(duì)于一個(gè)給定的負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)速可以減少從開始時(shí)速度電機(jī)很冷。 延遲。用一個(gè)簡(jiǎn)單的開環(huán)逆變器和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以有一個(gè)延遲在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到要求水平的改變之后速度參考。在非常簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序,如控制傳送帶的速度,這種類型的延遲可能不是一個(gè)問題。在更復(fù)雜的系統(tǒng),比如在機(jī)床軸,延誤有顯著影響質(zhì)量的系統(tǒng)。 1 / 8 這些只是一些副作用,可以生產(chǎn)如果一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)使用。一個(gè)方法,提高質(zhì)量的控制器是使用一個(gè)測(cè)量輸出量應(yīng)用一些反饋給閉環(huán)控制。 a4 1 3閉環(huán)控制

4、 簡(jiǎn)單的開環(huán)驅(qū)動(dòng)的部分a4 1 2可以替換為一個(gè)控制系統(tǒng)如圖a4 2。該控制系統(tǒng)不僅提供了一種手段來糾正任何錯(cuò)誤在輸出變量,但也使一個(gè)穩(wěn)定的響應(yīng)特性。 電機(jī)軸的速度測(cè)量和比較速度參考給速度誤差。錯(cuò)誤修改了一個(gè)傳遞函數(shù)G給一個(gè)電流參考缺席我*在輸入電流控制塊。各種方法對(duì)電機(jī)的電流控制在本章中討論;然而,現(xiàn)在它應(yīng)該假定,電機(jī)電流進(jìn)行控制可以給一個(gè)扭矩,是成正比的電流參考缺席。如果馬達(dá)的速度從參考電平變化速度誤差是產(chǎn)生和轉(zhuǎn)矩應(yīng)用于負(fù)載改性使速度回所需的水平。 有必要選擇合適的傳遞函數(shù)G獲得必需的由于從閉環(huán)控制系統(tǒng)。這個(gè)函數(shù)可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的增益,因此當(dāng)前參考我*?Kp補(bǔ)。這將給予某種程度的控制輸

5、出速度,但速度誤差必須有一個(gè)非零值如果任何扭矩需要持有電機(jī)速度。 任何速度誤差隨時(shí)間積累,構(gòu)建了一個(gè)電流參考提供必要的扭矩。一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng),比例和積分術(shù)語叫做PI控制器。雖然有許多類型的閉環(huán)控制器,PI控制器是最常用的,因?yàn)樗呛?jiǎn)單的實(shí)現(xiàn),rela-tively容易設(shè)置和很好理解,大部分的工程師。 如果輸出達(dá)到參考在最短的時(shí)間內(nèi)沒有任何尖峰,響應(yīng)被描述為極度阻尼。 如果不是accepta-ble過度,那么這是最好的可能的反應(yīng)給了最小延遲之間的輸 入和輸出系統(tǒng)。 如果系統(tǒng)阻尼增加,反應(yīng)遲鈍,被描述為阻尼。 如果系統(tǒng)是欠阻尼響應(yīng)包括一些超調(diào)和振蕩引用可能需要安定下來之前。 這些結(jié)果

6、,這是一個(gè)簡(jiǎn)單的二階系統(tǒng),表明增加阻尼減少超調(diào),系統(tǒng)響應(yīng)慢。真正的系統(tǒng)可以更復(fù)雜,增加阻尼并不總是給結(jié)果。這一步反應(yīng)可能是閉環(huán)系統(tǒng),改變參考水平最低的時(shí)間是必需的。在另階躍響應(yīng)可能顯示輸出變化對(duì)其他刺激,比如一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩過渡。在這個(gè)情況下,響應(yīng)通常應(yīng)盡可能小。閉環(huán)階躍響應(yīng)可以用來評(píng)估性能當(dāng)控制系統(tǒng)是用于隔離。然而,如果控制器本身是包含在另一個(gè)控制回路的封閉系統(tǒng),重要的是要獲得和延遲,因?yàn)樗麄儠?huì)影響系統(tǒng)性能。增益和延遲可以按生產(chǎn)的波德圖的增益和相位一個(gè)響應(yīng)和頻率。一個(gè)理想的控制器將單位增益和零相移在所有頻率;然而,在再保險(xiǎn)。這些效果是衡量系統(tǒng)的帶寬,通常定義為23分貝增益特性的點(diǎn)。在例子中給出相

7、應(yīng)的相位延遲的系統(tǒng)訂單。一階系統(tǒng)有延遲到23日,458分貝,和一個(gè)二階系統(tǒng)就像在你的案子有一個(gè)延遲至23日在608分貝。相關(guān) 運(yùn)輸延遲和數(shù)字系統(tǒng)可以進(jìn)一步延遲。在許多情況下,帶寬是指一個(gè)估計(jì)動(dòng)態(tài)執(zhí)行性質(zhì)的一個(gè)控制系統(tǒng);換句話說,更高的帶寬、性能越好。帶寬通常是23分貝增益特性,頻率的參考點(diǎn)的注意它的意義是非常重要的,尤其是數(shù)字實(shí)現(xiàn),可能沒有說明的質(zhì)量控制系統(tǒng)。如果控制器是ph值包含在另一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。如果控制器是包含在另一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的相位延遲是非常重要的。如果延遲太大可能有必要遵循德曲調(diào)環(huán)保持穩(wěn)定。增益特性可能導(dǎo)致不可接受的超調(diào)。盡管現(xiàn)代變速傳動(dòng)裝置包括很多功能,最基本的功能是

8、控制驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(或力),或速度位置。在繼續(xù)之前,細(xì)節(jié)的不同類型的變速驅(qū)動(dòng)函數(shù),控制理論對(duì)每個(gè)這些討論了數(shù)量。一個(gè)位置控制系統(tǒng)如圖5 a4。這包括一個(gè)內(nèi)部速度控制器,并在整個(gè)一年速度控制器有一個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)矩控制器。它可以創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)確定控制器的位置機(jī)械轉(zhuǎn)矩應(yīng)用于負(fù)載直接沒有內(nèi)部循環(huán)速度和轉(zhuǎn)矩。然而,位置控制器將需要能夠控制復(fù)雜的傳遞函數(shù)相結(jié)合的電動(dòng)機(jī)繞組、機(jī)械載荷和速度的轉(zhuǎn)換。這種方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是限制可以應(yīng)用于速度和轉(zhuǎn)矩之間的距離或速度變化每個(gè)控制器。只有當(dāng)系統(tǒng)需要控制速度、位置控制器,當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)忽略了需要控制 只有系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩、位置和速度控制器將被忽略。一個(gè)位置傳感器顯示提供反饋系統(tǒng),但這可能是取代

9、速度傳感器,或它可以省略完全,如下所示。 位置信息所需的轉(zhuǎn)矩控制器功能在一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)(見虛線)。如果位置反饋提供反饋是派生的變化速度是速度比常規(guī)采樣周期。無傳感器方案可能會(huì)速度和轉(zhuǎn)矩控制交流電動(dòng)機(jī),在這種情況下,傳感器不是必需的。位置反饋不是必要的轉(zhuǎn)矩控制器在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng),所以一個(gè)速度反饋裝置,如速度速度傳感器可用于提供反饋控制器。再一次,無傳感器方案可能不會(huì)在一個(gè)速度反饋裝置是必需的。 a4 2 2轉(zhuǎn)矩控制 A轉(zhuǎn)矩控制器為一個(gè)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī),或一個(gè)力控制器為一個(gè)線性馬達(dá),是基本的內(nèi)循環(huán)的大多數(shù)變速驅(qū)動(dòng)器。只有轉(zhuǎn)矩控制是這里討論的,但原則也適用于對(duì)一個(gè)線性應(yīng)用力控制。為了解釋原則的轉(zhuǎn)矩

10、控制,簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在圖a4 6作為一個(gè)例子。分析轉(zhuǎn)矩控制在一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)可以在完全相同的方式,提供適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換是進(jìn)行 扭矩需求或引用(Te *)是由轉(zhuǎn)矩控制器轉(zhuǎn)換成電流在電動(dòng)機(jī)電樞,電動(dòng)機(jī)本身將電流轉(zhuǎn)化成扭矩。 (b)電流控制 驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)荷。圖A4.6b顯示系統(tǒng)要求轉(zhuǎn)換成電機(jī)電流的轉(zhuǎn)矩的參考。扭矩參考(Te *)是第一次變成了一個(gè)電流參考(ia *)包括了尺度效應(yīng)的電動(dòng)機(jī)通量。汽車流量,控制電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流(如果),通常是減少從其額定水平更高的速度當(dāng)終端電壓會(huì)超過最大可能的輸出電壓的電源電路沒有這種調(diào)整。電流限制然后被用于電流參考以便所需電流不超過卡帕能力的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)前的參考

11、(限于最高級(jí)別)成為輸入的PI控制器。電等效電路的電機(jī)由一個(gè)電阻(Ra),一個(gè)電感(La)和反電動(dòng)勢(shì),通量和速度成正比 單獨(dú)的PI控制器可以成功地控制電流在這個(gè)電路,因?yàn)殡S著速度的增加,電壓需要克服反電動(dòng)勢(shì)將pro二的積分術(shù)語。積分控制是可能相對(duì)較慢,所以以提高性能,在瞬態(tài)速度變化電壓前饋詞相當(dāng)于包括Kevc /裝箱。合并后的輸出的PI控制器和電壓前饋術(shù)語形成參考電壓(va *),以應(yīng)對(duì)這個(gè)電源電路應(yīng)用一個(gè)電壓(va)到電動(dòng)機(jī)的電路提供一個(gè)電流(ia)。當(dāng)前的測(cè)量,傳感器和用作反饋的電流控制器。 以及線性組件如圖a4 6、電流控制回路在一個(gè)數(shù)字驅(qū)動(dòng)包括樣品延誤以及電源電路造 成的延遲。在

12、實(shí)踐中,控制器的響應(yīng)是由比例增益。特別是,如果一個(gè)電壓前饋使用的術(shù)語,積 分詞很少影響瞬態(tài)響應(yīng)。 它是有用的了解閉環(huán)傳遞函數(shù)的轉(zhuǎn)矩控制器(即。Te / Te *)這樣的反應(yīng),一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)矩 控制器,或效果的一種內(nèi)在的轉(zhuǎn)矩控制器在外層循環(huán)如一個(gè)速度控制器,可以預(yù)測(cè)。為響應(yīng)是由 系統(tǒng)延遲它是適當(dāng)?shù)拇黹]環(huán)響應(yīng)作為簡(jiǎn)單的收益和一個(gè)單位增益?zhèn)鬏斞舆t。 扭矩可以在N m引用,但它是更傳統(tǒng)的使用價(jià)值一定比例的額定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。傳遞函數(shù)當(dāng)轉(zhuǎn)矩控制器是單獨(dú)使用。Kt是電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)在N m A21。如果扭矩控制器是用 于外部速度控制器一個(gè)稍微不同的表示必須使用,如圖A4.7b。速度控制器pro揮拳扭

13、矩值的參 考資料,統(tǒng)一對(duì)應(yīng)于一個(gè)指定的當(dāng)前水平的大小或評(píng)級(jí)的驅(qū)動(dòng)。從控制角度來看這是不重要的 是否這是最大電流能力的驅(qū)動(dòng),額定電流或一些其他的水平。使用的實(shí)際水平定義為Kc(安培數(shù)), 并應(yīng)包括在傳遞函數(shù)如圖所示。這些簡(jiǎn)單的模型允許驅(qū)動(dòng)用戶預(yù)測(cè)性能的一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)矩控制 器或轉(zhuǎn)矩控制器和一個(gè)外速度環(huán)。 a4 2 3通量控制 電機(jī)磁通和因此電動(dòng)機(jī)端電壓為給定的速度來定義通量產(chǎn)生電流。在一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。pre-viously使用電機(jī)驅(qū)動(dòng),電機(jī)通量水平設(shè)置的勵(lì)磁電流,如果。流量控制器(圖a4 8)包括一個(gè)內(nèi)部電流環(huán)和一個(gè)外循環(huán),維持額定通汽車直到電樞端電壓達(dá)到最大限度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

14、增加高于額定速度然后控制勵(lì)磁電流,因此通量,因此電樞電壓保持在所需的最大水平。 扭矩和流量控制器都顯示在一個(gè)簡(jiǎn)化的形式在圖a4 9。都有一種內(nèi)在的電流控制器,生成一個(gè)參考電壓和電源電路,轉(zhuǎn)換到當(dāng)前。系統(tǒng)顯示是一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),但基于矢量變換可以用來模擬這一交流電動(dòng)機(jī)和形式的依據(jù)矢量控制交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 a4 2 4速度控制 a4 2 4 1基本速度控制 閉環(huán)速度控制可以通過應(yīng)用一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)矩控制器PI控制器在前面描述的。對(duì)于本分析假定負(fù)載是一個(gè)慣性J,扭矩Td,與速度(摩擦忽略不計(jì))。由此產(chǎn)生的系統(tǒng)。 與轉(zhuǎn)矩控制器,它是有用的了解的閉環(huán)響應(yīng),響應(yīng)的一個(gè)獨(dú)立的速度控制器,或效果的一

15、種內(nèi)在的速度控制器在一個(gè)外環(huán)的位置可以被預(yù)測(cè)。如果一個(gè)溫和的反應(yīng)是需要速度控制器是沒有顯著地受到系統(tǒng)延遲,和一個(gè)線性傳遞函數(shù)如方程(a4 4)可以使用。所有的常量在這些方程和帶來的延遲當(dāng)前控制器通常是提供給用戶,以便計(jì)算和/或模擬可進(jìn)行性能預(yù)測(cè)的速度控制器。 除了提供所需的閉環(huán)階躍響應(yīng),它是重要為系統(tǒng)能夠防止不必要的運(yùn)動(dòng)的結(jié)果應(yīng)用扭矩瞬態(tài)。這可能是由于負(fù)載突然應(yīng)用或由于不均勻的負(fù)載。能夠防止不必要的運(yùn)動(dòng)稱為剛度。這個(gè)com-pliance角的系統(tǒng)是一個(gè)衡量剛度和將在稍后討論(a4 2 4 2)。 隨著阻尼系數(shù)的增加,閉環(huán)反應(yīng)過度降低,響應(yīng)速度提高。閉環(huán)響應(yīng)包括10%超越與阻尼因子的團(tuán)結(jié),因

16、為年代的分子。術(shù)語 隨著阻尼系數(shù)的增加,過度的反應(yīng)降低,轉(zhuǎn)矩tran瞬變響應(yīng)變慢。在這種情況下沒有年代術(shù)語在分子和反應(yīng)包括無超調(diào)與阻尼系數(shù)的統(tǒng)一。 這似乎從這些結(jié)果,更高的比例增益,因此阻尼因子越高越反應(yīng);然而,結(jié)果到目前為止假設(shè)一個(gè)理想的轉(zhuǎn)矩控制器和沒有額外的不必要的延誤。在一個(gè)真正的數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)延誤給圖a4 12可能存在。一個(gè)延遲包含代表樣本期為速度測(cè)量,但這僅僅是相關(guān)的,如果速度反饋是源自一個(gè)位置反饋裝置如一個(gè)編碼器和測(cè)量作為一個(gè)變化的位置在一個(gè)固定的采樣周期。 不必要的延遲的影響可以看到在閉環(huán)階躍響應(yīng)為一個(gè)真正的系統(tǒng)如圖a4 13。在每種情況下的響應(yīng)有更多比真實(shí)系統(tǒng)超調(diào)的

17、理想系統(tǒng)。如果阻尼因子設(shè)置為團(tuán)結(jié)那么過度可能是可以接受的,但一個(gè)阻尼系數(shù)1.25響應(yīng)相當(dāng)振蕩和可能是不可接受的。不必要的延遲的影響更加顯著耽擱的時(shí)間越久,也隨著設(shè)置帶寬的增加速度控制器。 額外的延遲的影響可以看到波德圖的閉環(huán)響應(yīng)的速度控制器設(shè)置給統(tǒng)一阻尼因子(圖a4 14)。頻率在23分貝點(diǎn)的增益特性明顯增加了從理想的速度控制器,而頻率在608點(diǎn)的相位特性幾乎不變。如果這是被用來作為一個(gè)獨(dú)立的控制器的增益特性可以用來預(yù)測(cè)帶寬,但應(yīng)該指出的是,增益大于團(tuán)結(jié)在一些頻率。通常帶寬基于增益特性是唯一的帶寬,是引用,因?yàn)檫@使得性能似乎是更好的,在這種情況下2 000 rad s21。然而,如果速度控制

18、器是被包含在一個(gè)外部位置控制器,帶寬不必要的延遲性能的限制速度控制器。大自然的quantised速度反饋當(dāng)它來源于一個(gè)位置傳感器位置的變化在一個(gè)固定的采樣周期也可以限制這種。一個(gè)高的比例增益在速度控制器,因此高帶寬,產(chǎn)生高頻轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲從quantised速度反饋。 a4 2 4 2設(shè)置速度控制器收益 所提供的負(fù)載慣性是已知的,可以選擇比例和積分上漲速度控制器,根據(jù)所需的帶寬或所需的合并性質(zhì)角使用方程為理想的速度控制器。如果由此產(chǎn)生的帶寬的控制回路是相當(dāng)保守的,控制器將表現(xiàn)大約為預(yù)測(cè)的理想模型方程。 a4 2 5位置控制 a4 2 5 1基本位置控制 如果位置控制是必需的,一個(gè)額外

19、的外層循環(huán)應(yīng)用于速度控制旋耕機(jī)如圖a4 17。位置控制回路只包括一個(gè)比例術(shù)語千伏。一個(gè)積分術(shù)語通常并不需要任何靜態(tài)誤差給出了速度參考v *,積分術(shù)語在速度控制器部隊(duì)負(fù)載移動(dòng)到位置誤差被移除。千伏通常單位毫米s21 /毫米,ms21 / m,rad s21 / s等。提供了位置單位在速度和位置部分都相同(即rad和rad s21)然后下面的分析應(yīng)用。 溫馨提示：最好仔細(xì)閱讀后才下載使用，萬分感謝！