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直流电机为什么要使用电流环与速度环结合闭环

(2018-05-29 09:50:14)
标签:

控制算法

分类: 飞思卡尔比赛心得
疑问:
我非常迷糊的就是电流环的作用. 
个人认为:直流电机的转速和电区的电压有关系,扭矩和电流有关系.在闭环PWM调速的情况,假设在稳定转速下(稳态),如果负载变化(变大),那么转速就会变化(下降),紧接着速度反馈就会检测到转速的变化(下降),所以就会通过PID算法,增大PWM的占空比(进入动态过程),即增加电枢电压,其实就是增加了绕组的电流(扭矩),经过动态调节过程回到新的稳态. 
所以看不出电流环的作用,对于电流环和速度环关系这个问题我一直都没有搞懂,看了很多大佬的帖子我总结一下,希望对看到帖子的小伙伴有帮助!!!


首先回答一下疑问;电机端口电压等于电机反电势和线路电阻压降之和。电机的转速和反电势成比例。
速度单环是可以控制电机的,只是反应速度比较慢。注:不是电压环!电压不能精确稳速!
电机是在内/外扭矩平衡是保持稳定转速。当扭矩一旦不平衡;就会引起速度变化。当速度降低或升高时;电流会跟这波动;而使速度在一定变化。在一定电压下;电机速度与电流曲线就是该电机的V-I特性。
电机及其带的负载是有惯性的!无论多大的电流;都无法瞬间将偏离正常速度的电机拉到额定转速上来。校正扭矩越大;电机的加速度也越大;在达到额定转速的瞬间越难收住,这就会出现过冲;甚至引起系统振荡。加电流环后;能改善扭矩的反应速度,使系统快/稳的工作。
http://s2/mw690/0063XigTzy7kPVoMCatc1&690

采用的控制系统是经典的转速外环,电流内环的直流电机双闭环控制系统。转速外环的PI调节器的输出量是电枢电流的给定量,电枢的电流量会通过电流内环的PI调节器跟踪电流的给定量。而一般电枢电流的给定量是速度外环PI调节器的限幅值,这个量的确定一般取决于电机从0到给定转速加速时电机的最大电磁转矩(可以这么理解,电机从0到给定转速的加速度由电磁转矩决定,而电磁转矩正比于电枢电流)。因此你把速度环PI调节器的限幅值设置得大一些,那么电枢电流的给定值就大,电机加速时电磁转矩就大,它的加速度就大。当电机的转速达到给定值后,电机的电磁转矩是很小的,因为在忽略地面摩擦力的情况下,电机的电磁转矩几乎与附加转矩平衡,而这个值是很小的。

当然,如果你要知道电流的具体的计算公式的话,你需要建立这个控制系统的数学模型,列出每个环的传递函数,速度外环的PI调节器的输出就可以用公式具体描述了。其实,你要是在理论上完整地设计这个控制系统,不是简单凑参数的话,利用传递函数设计PI调节器的参数值,这一步骤是不可忽略的。届时想必你自然会得到你想知道的公式,因为这个控制系统每一个环节的输出都可以给出相应的公式。具体设计方法你可以参照陈伯时的《电力拖动自动控制系统》中讲述的PI调节器参数设计方法。


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