文档介绍：他励直流电动机的调速
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马来西亚,马六甲,75450,多媒体大学马六甲校区,工程技术学院
摘要
本论文讨论不同电枢他励直流电动机的调速。关于SEDM的调速,本文的新颖之处应用了NARMA-L2控制器。另外,本文还讨论了使用斩波电路的SEDM的调速。本文同时对使用常规控制器的传统性能与文中所提系统的性能进行了比较。。实验结果表明,通过使用NARMA-L2控制器可以消除PI和滞环电流控制器误差。
关键字:斩波电路,NARMA-L2,SEDM(电火花成形机),调速
简介
由于直流(DC)电动机具有精确、应用广泛、简单和连续的控制特性,它已被广泛用于许多工业设备上,如电动汽车、钢材轧制厂、电动起重机、机械手。一直以来,变阻器电枢控制方法被广泛用于低耗直流电动机的调速。但是,静态功率转换器的可控性能、经济性、更高效和更大电流负载能力,使直流电动机的电气传动性能产生了质的飞跃。传统的比例积分微分(PID)控制器的使用可以实现期望的转矩- 转速特性。由于PID控制器需精准的数字模型,若有参数变化系统性能则将成为一大难题。在最近几年中,我们已积极引入神经网络控制器(NNC)改善非线性系统性能。因具有简单易学、能大规模并行处理、适应快、固有的稳定逼近能力和良好的抗扰性特点,在系统辨识和控制方面NNC应用前景一片光明。
基于负载自适应的多输入多输出线性技术的恒功率弱磁控制器已被认可,现已广泛用于研制高速运转的他励直流电动机。仅仅通过开关装置,即可实现从0到高于输入交流电压最大值的可控直流电压范围,单相可逆PWM的AC-DC升降压电路已被用于他励直流电动机电枢调压。在一种基于估测每个PWM周期上电压及电流平均值估测的通用仿真方法中,通过由PWM逆变器电流调节作反馈并使用多相无刷直流电动机作为驱动器,我们已经提出、分析和测试其转矩- 转速特性曲线的有效模拟。我们成功设计并实现直流电动机调速的开环控制系统,该系统可预测涉及机械和电子模块的动态动作。其他一些使用传统控制器的调速技术已相继被引入。近期基于人工智能(AI)控制器杰出表现,这已促使电力系统和电力电子工程师用智能速度控制器取代传统调速电路。
在本篇论文中,我们已将NARMA-L2控制器用于他励直流电动机实现恒转矩调速。本文新颖之处在于他励直流电动机调速中NARMA-L2控制器的应用。本文还讨论了具有斩波电路的SEDM的调速。SEDM调速技术将在本文第二部分作详细说明。第三部分的仿真结果,验证了在他励直流电动机中利用NARMA-L2控制器进行调速的可能性。
他励直流电动机的调速
通过在恒转矩区改变电枢电压,他励直流电动机的速度可以从0变化到额定速度。然而在恒功率区,应降低励磁磁通以便调到高于额定转速的速度。电动机驱动机械负载,参数为转动惯量J、摩擦系数Dm和负载转矩TL。直流电动机的规格详述如下:
轴功率- 5hp
额定电压- 240v
电枢电阻-
电枢电感-
场电阻- 240Ω
场电感- 120 H
总惯量(J) - 1kgm2
粘滞摩擦系数(B) -
库仑摩擦转矩(TF) - 0Nm
a)使用MATLAB/SimPowerSystems对SEDM建模和控制:
图1显示了电枢控制具有斩波电路的他励直流电动机的调速电路,而图2显示了MATLLAB/SimPowerSystems模型。这由一个通过斩波电路反馈的他励直流电动机组成。带有控制电路的GTO(门极可关断晶阐管)和续流二极管即可组成斩波电路。电动机驱动机械负载,其参数为转动惯量J、摩擦系数B和负荷转矩T。所述控制电路包括调速控制环路和电流控制环路。调速的比例积分(PI)控制回路能检测电动机实际速度,并与基准速度进行比较,以确定由电动机所需的参考电枢电流。很容易发现,实际速度的任何变化都是电动机需要的电枢电流变化的表现。电流控制回路由滞环电流控制器(HCC)组成。滞环电流控制器的框图如图3所示。通过比较电动机运行的实际电流与参考电流,实现斩波器电路所需的切换模式。若实际电流小于参考电枢电流,则产生一个正脉冲;而若实际电流超过参考电流,则产生一个负脉冲。
滞环电流控制是控制电力电子转换器的一种方式,这种方式能产生带有参考电流波形的输出电流。滞环电流控制器可以用闭环控制得以实现。指定电流与被感应电流之间的差用以控制斩波电路的切换。当误差达到上限即上部磁滞极限值,GTO被切换到迫使电流下降。另一方面,当误差达到较低的磁滞限制,将会产生一个正脉冲以增加电流。误差信号的最小值和最大值的值是emin和emax。误差信号的范围内,即emax-emin时,直接控制输出电流的波动量并被称为磁滞带。因此,