電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究

鹿凡超

摘 ?要 ?隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，環(huán)保、節(jié)能觀念逐漸深入人心，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)作為一種高效、節(jié)能系統(tǒng)，在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的推廣和普及，并對(duì)相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，受到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。為了能夠優(yōu)化電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，降低運(yùn)行成本，促使其發(fā)揮最優(yōu)性能，加強(qiáng)對(duì)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究勢(shì)在必行。本文將對(duì)Ⅰ型、Ⅱ型以及典型Ⅲ型系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析和研究，并闡述交流調(diào)速矢量控制系統(tǒng)優(yōu)化方案，從而推動(dòng)我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞 ?電氣傳動(dòng);自動(dòng)控制;優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM921 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1671-7597（2014）21-0040-01

現(xiàn)代電氣傳動(dòng)作為一門全新學(xué)科，發(fā)展歷史悠久，早期已經(jīng)出現(xiàn)雛形，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)電氣傳動(dòng)技術(shù)不斷進(jìn)步。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)作為與我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活息息相關(guān)的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于輕工、冶金等眾多領(lǐng)域。因此，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)具有十分重要的作用和地位，對(duì)其進(jìn)行深入研究十分必要。

1 ?Ⅰ型系統(tǒng)以及設(shè)計(jì)方法

目前，Ⅰ型系統(tǒng)存在多種形式，根據(jù)工程設(shè)計(jì)方案，本文將采用一種典型表現(xiàn)形式進(jìn)行研究，主要將零分貝線作為參數(shù)基礎(chǔ)，確定中頻帶寬度，能夠保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定，并存在一定的穩(wěn)定余量，在明確Ⅰ型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)之后，尋找到系統(tǒng)參數(shù)與性能指標(biāo)之間的關(guān)系，確定計(jì)算公式，并制出表格。工程設(shè)計(jì)方法明確規(guī)定了典型Ⅰ型系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)、抗干擾性能指標(biāo)等。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要按照工程設(shè)計(jì)方法的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，以確保系統(tǒng)能夠發(fā)揮作用[1]。

雖然，這種設(shè)計(jì)方式進(jìn)行的典型Ⅰ型系統(tǒng)傳遞函數(shù)形式相對(duì)簡(jiǎn)單，易于接受和理解，但是，如果只存在一個(gè)可調(diào)整參數(shù)，要能夠?qū)崿F(xiàn)快速、穩(wěn)定目標(biāo)，可能會(huì)出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象，系統(tǒng)靈活性不高，在一定程度上影響電氣傳動(dòng)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且，由電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的原始系統(tǒng)，在進(jìn)行多次校正之后，會(huì)出現(xiàn)較大誤差。另外，這種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的零極點(diǎn)對(duì)消法，特別是針對(duì)臨界穩(wěn)定或者不穩(wěn)定原始系統(tǒng)的一部分極點(diǎn)，普遍出現(xiàn)對(duì)消不明顯，造成系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行的現(xiàn)象。

一般的調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳函分母可知，如果結(jié)合電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的傳遞函數(shù)確定為一貫性環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)則需要設(shè)計(jì)成為ZPFP系統(tǒng);如果忽略這一環(huán)節(jié)，則可以將其設(shè)計(jì)成為PI系統(tǒng)，又或者是PID調(diào)節(jié)器校正成滿零點(diǎn)以及欠零點(diǎn)系統(tǒng)。因此，Ⅰ型系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法如下：首先，建立原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型;其次，將方法分別設(shè)計(jì)兩個(gè)極點(diǎn)，再實(shí)施零點(diǎn)對(duì)消，最終將系統(tǒng)來(lái)還傳遞函數(shù)校正成為典型的Ⅰ型系統(tǒng)[2]。

2 ?Ⅱ型系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法

Ⅱ型系統(tǒng)主要是指開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中分母中純積分環(huán)節(jié)數(shù)量系統(tǒng)，典型Ⅰ型系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便人們接受，但是，由于其系統(tǒng)層次較低，度斜坡輸入勢(shì)必會(huì)存在靜差系統(tǒng)，影響生產(chǎn)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在目前大多數(shù)領(lǐng)域的生產(chǎn)設(shè)備中普遍采取的是Ⅱ型系統(tǒng)，Ⅱ型系統(tǒng)以其自身靈活度高、快速、穩(wěn)定等特征，受到各個(gè)行業(yè)廣泛關(guān)注。由于Ⅱ型系統(tǒng)涉及到具體的參數(shù)，在一定程度上增加了設(shè)計(jì)難度，而工程設(shè)計(jì)方法可以選擇其中一個(gè)自由參數(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)這種方式不僅能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程，而且能夠?qū)崿F(xiàn)性能的最優(yōu)化。首先，與Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相同，需要建立原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，其次，在根據(jù)性能標(biāo)準(zhǔn)等，確定自由參數(shù)，并與原始系統(tǒng)傳統(tǒng)函數(shù)進(jìn)行科學(xué)、合理的比較，確定調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。然而，Ⅱ型系統(tǒng)與典型Ⅰ型系統(tǒng)存在同樣的弊端，如果只存在一個(gè)可調(diào)整參數(shù)，要能夠?qū)崿F(xiàn)快速、穩(wěn)定目標(biāo)，可能夠會(huì)出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象，系統(tǒng)靈活性不高，系統(tǒng)性能發(fā)揮并不理想[3]。

3 ?典型Ⅲ型系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法

典型Ⅲ型系統(tǒng)相比較前兩種系統(tǒng)而言，具有更加穩(wěn)定的特性，加速度誤差基本為零。通過(guò)對(duì)目前現(xiàn)行系統(tǒng)的實(shí)際情況來(lái)看，針對(duì)典型Ⅲ型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)普遍是先確定其穩(wěn)定性，然后再追求快速性，在進(jìn)行多環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間的多個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)整體，這樣不僅能夠精簡(jiǎn)自由參數(shù)，還能夠優(yōu)化系統(tǒng)性能，促使其發(fā)揮最大效用。另外，追求系統(tǒng)快速性，需要在合理范圍內(nèi)找到參數(shù)之間的關(guān)系，并選擇一個(gè)自選參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化準(zhǔn)則，探索構(gòu)成典型Ⅲ型系統(tǒng)的方案。因此，典型Ⅲ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如下，首先，要明確校正對(duì)象;其次，設(shè)計(jì)者在根據(jù)目標(biāo)要求的性能進(jìn)行分析和研究，確定成型后的典型Ⅲ型系統(tǒng)進(jìn)而加入調(diào)整期，完成所有設(shè)計(jì)步驟[4]。

4 ?交流調(diào)速矢量控制系統(tǒng)優(yōu)化方案

上述系統(tǒng)涉及主要是線性模型，而交流調(diào)速系統(tǒng)則是非線性模型，具有極強(qiáng)的耦合特征，分析研究難度較大。交流調(diào)速系統(tǒng)作為整個(gè)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的重中之重，上述設(shè)計(jì)方案并不適用在交流調(diào)速系統(tǒng)之中，矢量控制方法作為一種新型分析研究方案，將二者結(jié)合在一起能夠更好地反映出交流調(diào)速的優(yōu)勢(shì)和性能。因此，實(shí)現(xiàn)交流調(diào)速系統(tǒng)矢量控制的關(guān)鍵和重點(diǎn)是要通過(guò)坐標(biāo)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換，并將定子電流的勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量解耦，簡(jiǎn)而言之，就是目前現(xiàn)行的直接測(cè)量以及間接觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈分析方法。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法會(huì)越來(lái)越多，能夠在一定程度上推動(dòng)我國(guó)電氣傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展，逐漸為更多領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)[5]。

5 ?結(jié)論

根據(jù)上文所述，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域具有十分重要的作用，為了能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，成為業(yè)界越來(lái)越關(guān)心的話題。因此，在我國(guó)目前原有的工程設(shè)計(jì)方法上，針對(duì)調(diào)速系統(tǒng)又重新建立起了一套既簡(jiǎn)單，又高效的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，推動(dòng)了我國(guó)電氣傳動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展，為我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]孫巨祿，蘇鵬聲，李永東.自調(diào)整模糊控制器在異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，20（05）：12-14.

[3]喬志杰，程翠翠.基于遺傳算法優(yōu)化的模糊PID控制研究及其仿真[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，10（8）：158-159.

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[5]劉春英，朱兵.在負(fù)功率下四象限變頻器的DTC直接轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，12（5）：123-125.endprint