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中文译文控制技术驱动和控制手册A4章转矩、速度和地点控制a41一般原则411理想的控制系统很多应用程序存在一些必须控制跟从参照量。比如,一个大型电机的速度可以设置从一个低功率控制信号。这能够经过使用一个变速驱动描绘如下。理想情况下,引用之间的关系和电动机转速应当线性,速度应当改变立刻与变化的参照。任何控制系统能够表示为图A4.1b,输入参照信号,传达函数F和一个输出。为系统是理想,传达函数F是一个简单的常数,因此,输出将会成正比的参照,没有延迟。a412开环控制不幸的是,传达函数的很多实际系统不是一个常数,因此如果没有任何形式的反应输出正确的非理想性质的传达函数,输出并不按照需求的要求。使用an172控制技术驱动和控制手册。感觉电动机提供简单的开环变速驱动器gdp1为例,以下列举了一些副作用,能够发生在实际的系统:速度调节。输出一个简单的开环驱动是一个固定的频次,是成正比的速度参考,所以频次应用到电机仍旧是一个恒定的速度常数参照。这个马达的速度滴作为负载应用由于滑移特性的电动机,所以速度不保持在所需的水平。不稳定性。它是可能的在特定负载条件下和在特定频次的电动机转速摇动在所需的速度,即便应用频次是恒定的。另一个不稳定的主要根源在旋起色械系统是低损耗弹性联轴器、轴。非线性。有很多可能的根源的非线性。比如,如果电机连结到变速箱,速度的输出齿轮箱可能会受到反弹齿轮之间。变化与温度。一些方面的系统传达函数可能随温度。比如,一个感觉电动机的转差率随电机升温,所以关于一个给定的负载电机转速能够减少从开始时速度电机很冷。延迟。用一个简单的开环逆变器和感觉电动机能够有一个延迟在电动机转速达到要求水平的改变之后速度参照。在特别简单的应用程序,如控制传送带的速度,这种种类的延迟可能不是一个问题。在更复杂的系统,比方在机床轴,延误有显著影响质量的系统。1这些只是一些副作用,能够生产如果一个开环控制系统使用。一个方法,提高质量的控制器是使用一个测量输出量应用一些反应给闭环控制。a413闭环控制简单的开环驱动的部分a412能够替换为一个控制系统如图a42。该控制系统不单提供了一种手段来纠正任何错误在输出变量,但也使一个稳定的响应特性。电机轴的速度测量和比较速度参照给速度误差。错误改正了一个传达函数G给一个电流参照缺席我*在输入电流控制块。各样方法对电机的电流控制在本章中议论;但是,现在它应当假定,电机电流进行控制能够给一个扭矩,是成正比的电流参照缺席。如果马达的速度从参照电平变化速度误差是产生和转矩应用于负载改性使速度回所需的水平。有必要选择合适的传达函数G获得必需的由于从闭环控制系统。这个函数能够是一个简单的增益,因此目前参照我*?Kp补。这将赐予某种程度的控制输出速度,但速度误差必须有一个非零值如果任何扭矩需要拥有电机速度。任何速度误差随时间积累,建立了一个电流参照提供必要的扭矩。一个闭环控制系统,比率和积分术语叫做PI控制器。虽然有很多种类的闭环控制器,PI控制器是最常用的,因为它是简单的实现,rela-tively容易设置和很好理解,大多半的工程师。如果输出达到参照在最短的时间内没有任何尖峰,响应被描绘为极度阻尼。如果不是accepta-ble过分,那么这是最好的可能的反响给了最小延迟之间的输入和输出系统。如果系统阻尼增加,反响愚钝,被描绘为阻尼。如果系统是欠阻尼响应包括一些超调解振荡引用可能需要平定下来以前。这些结果,这是一个简单的二阶系统,表示增加阻尼减少超调,系统响应慢。真切的系统能够更复杂,增加阻尼并不老是给结果。这一步反响可能是闭环系统,改变参照水平最低的时间是必需的。在另阶跃响应可能显示输出变化对其他刺激,比方一个负载转矩过渡。在这个情况下,响应往常应尽可能小。闭环阶跃响应能够用来评估性能当控制系统是用于隔绝。但是,如果控制器本身是包含在另一个控制回路的关闭系统,重要的是要获得和延迟,因为他们会影响系统性能。增益和延迟能够按生产的波德图的增益和相位一个响应和频次。一个理想的控制器将单位增益和零相移在所有频次;但是,在再保险。这些效果是权衡系统的带宽,往常定义为23分贝增益特性的点。在例子中给出相应的相位延迟的系统订单。一阶2系统有延迟到23日,458分贝,和一个二阶系统就像在你的案子有一个延迟至23日在608分贝。有关运输延迟和数字系统能够进一步延迟。在很多情况下,带宽是指一个估计动态履行性质的一个控制系统;换句话说,更高的带宽、性能越好。带宽往常是23分贝增益特性,频次的参照点的注意它的意义是特别重要的,尤其是数字实现,可能没有说明的质量控制系统。如果控制器是ph值包含在另一个闭环控制系统。如果控制器是包含在另一个闭环控制系统的相位延迟是特别重要的。如果延迟太大可能有必要按照德曲调环保持稳定。增益特性可能致使不可接受的超调。只管现代变速传动装置包括好多功能,最基本的功能是控制驱动转矩(或力),或速度地点。在持续以前,细节的不同种类的变速驱动函数,控制理论对每个这些议论了数量。一个地点控制系统如图5a4。这包括一个内部速度控制器,并在整个一年速度控制器有一个内部转矩控制器。它能够创立一个系统确定控制器的地点机械转矩应用于负载直接没有内部循环速度和转矩。但是,地点控制器将需要能够控制复杂的传达函数相联合的电动机绕组、机械载荷和速度的变换。这种方法的另一个优点是限制能够应用于速度和转矩之间的距离或速度变化每个控制器。只有当系统需要控制速度、地点控制器,当一个系统忽略了需要控制只有系统转矩、地点和速度控制器将被忽略。一个地点传感器显示提供反应系统,但这可能是取代速度传感器,或它能够省略完全,如下所示。地点信息所需的转矩控制器功能在一个沟通电动机驱动(见虚线)。如果地点反应提供反应是派生的变化速度是速度比惯例采样周期。无传感器方案可能会速度和转矩控制沟通电动机,在这种情况下,传感器不是必需的。地点反应不是必要的转矩控制器在直流电机驱动,所以一个速度反应装置,如速度速度传感器可用于提供反应控制器。再一次,无传感器方案可能不会在一个速度反应装置是必需的。a422转矩控制A转矩控制器为一个旋转电动机,或一个力控制器为一个线性马达,是基本的内循环的大多半变速驱动器。只有转矩控制是这里议论的,但原则也合用于对一个线性应使劲控制。为认识释原则的转矩控制,简单的直流电动机系统在图a46作为一个例子。剖析转矩控制在一个沟通电动机能够在完全相同的方式,提供适合的变换是进行扭矩需求或引用(Te*)是由转矩控制器变换成电流在电动机电枢,电动机本身将电流转变成扭矩。(b)电流控制3驱动机械负荷。图A4.6b显示系统要求变换成电机电流的转矩的参照。扭矩参照(Te*)是第一次变成了一个电流参照(ia*)包括了尺度效应的电动机通量。汽车流量,控制电动机励磁电流(如果),往常是减少从其额定水平更高的速度当终端电压会超过最大可能的输出电压的电源电路没有这种调整。电流限制然后被用于电流参照以便所需电流不超过卡帕能力的驱动。目前的参照(限于最高级别)成为输入的PI控制器。电等效电路的电机由一个电阻(Ra),一个电感(La)和反电动势,通量和速度成正比独自的PI控制器能够成功地控制电流在这个电路,因为随着速度的增加,电压需要战胜反电动势将pro二的积分术语。积分控制是可能相对较慢,所以以提高性能,在瞬态速度变化电压前馈词相当于包括Kevc/装箱。归并后的输出的PI控制器和电压前馈术语形成参照电压(va*),以应付这个电源电路应用一个电压(va)到电动机的电路提供一个电流(ia)。目前的测量,传感器和用作反应的电流控制器。以及线性组件如图a46、电流控制回路在一个数字驱动包括样品延误以及电源电路造成的延迟。在实践中,控制器的响应是由比率增益。特别是,如果一个电压前馈使用的术语,积分词很少影响瞬态响应。它是有用的认识闭环传达函数的转矩控制器(即。Te/Te*)这样的反响,一个独立的转矩控制器,或效果的一种内在的转矩控制器在外层循环如一个速度控制器,能够预测。为响应是由系统延迟它是适合的代表闭环响应作为简单的利润和一个单位增益传输延迟。扭矩能够在Nm引用,但它是更传统的使用价值一定比率的额定电动机转矩。传达函数当转矩控制器是独自使用。Kt是电机的转矩常数在NmA21。如果扭矩控制器是用于外部速度控制器一个稍微不同的表示必须使用,如图A4.7b。速度控制器pro挥拳扭矩值的参考资料,统一对应于一个指定的目前水平的大小或评级的驱动。从控制角度来看这是不重要的是否这是最大电流能力的驱动,额定电流或一些其他的水平。使用的实际水平定义为Kc(安培数),4并应包括在传达函数如下图。这些简单的模型允许驱动用户预测性能的一个独立的转矩控制器或转矩控制器和一个外速度环。a423通量控制电机磁通和因此电动机端电压为给定的速度来定义通量产生电流。在一个简单的例子。pre-viously使用电机驱动,电机通量水平设置的励磁电流,如果。流量控制器(图a48)包括一个内部电流环和一个外循环,维持额定通汽车直到电枢端电压达到最大限度。当发动机转速增加高于额定速度然后控制励磁电流,因此通量,因此电枢电压保持在所需的最大水平。扭矩和流量控制器都显示在一个简化的形式在图a49。都有一种内在的电流控制器,生成一个参照电压和电源电路,变换到目前。系统显示是一个直流电动机驱动,但鉴于矢量变换能够用来模拟这一沟通电动机和形式的依据矢量控制沟通电机驱动系统。a424速度控制a4241基本速度控制闭环速度控制能够经过应用一个简单的转矩控制器PI控制器在前面描绘的。关于本剖析假定负载是一个惯性J,扭矩Td,与速度(摩擦忽略不计)。由此产生的系统。与转矩控制器,它是有用的认识的闭环响应,响应的一个独立的速度控制器,或效果的一种内在的速度控制器在一个外环的地点能够被预测。如果一个温和的反响是需要速度控制器是没有显著地受到系统延迟,和一个线性传达函数如方程(a44)能够使用。所有的常量在这些方程和带来的延迟目前控制器往常是提供给用户,以便计算和/或模拟可进行性能预测的速度控制器。除了提供所需的闭环阶跃响应,它是重要为系统能够防备不必要的运动的结果应用扭矩瞬态。这可能是由于负载突然应用或由于不平均的负载。能够防备不必要的运动称为刚度。这个com-pliance角的系统是一个权衡刚度和将在稍后议论(a4242)。随着阻尼系数的增加,闭环反响过分降低,响应速度提高。闭环响应包括10%超越与阻尼因子的团结,因为年月的分子。术语随着阻尼系数的增加,过分的反响降低,转矩tran瞬变响应变慢。在这种情况下没有年月术语在分子和反响包括无超调与阻尼系数的统一。这似乎从这些结果,更高的比率增益,因此阻尼因子越高越反响;但是,结果到目前为止假定一个理想的转矩控制器和没有额外的不必要的延误。在一个真切5的数字驱动系统延误给图a412可能存在。一个延迟包含代表样本期为速度测量,但这只是是有关的,如果速度反应是源自一个地点反应装置如一个编码器和测量作为一个变化的地点在一个固定的采样周期。不必要的延迟的影响能够看到在闭环阶跃响应为一个真切的系统如图a413。在每种情况下的响应有更多比真切系统超调的理想系统。如果阻尼因子设置为团结那么过分可能是能够接受的,但一个阻尼系数1.25响应相当振荡和可能是不可接受的。不必要的延迟的影响更为显著耽误的时间越久,也随着设置带宽的增加快度控制器。额外的延迟的影响能够看到波德图的闭环响应的速度控制器设置给统一阻尼因子(图a414)。频次在23分贝点的增益特性显然增加了从理想的速度控制器,而频次在608点的相位特性几乎不变。如果这是被用来作为一个独立的控制器的增益特性能够用来预测带宽,但应当指出的是,增益大于团结在一些频次。往常带宽鉴于增益特性是唯一的带宽,是引用,因为这使得性能似乎是更好的,在这种情况下2000rads21。但是,如果速度控制器是被包含在一个外部地点控制器,带宽不必要的延迟性能的限制速度控制器。大自然的quantised速度反应当它根源于一个地点传感器地点的变化在一个固定的采样周期也能够限制这种。一个高的比率增益在速度控制器,因此高带宽,产生高频转矩脉动和噪声从quantised速度反应。a4242设置速度控制器利润所提供的负载惯性是已知的,能够选择比率和积分上升速度控制器,根据所需的