g内模PID控制器在无刷直流电机调速系统中的应用.doc
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1、内模PID控制器在无刷直流电机调速系统中的应用无刷直流电机是新一代机电一体化产品,其转子采用永磁材料励磁,无励磁损耗,利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器,具有体积小、重量轻、结构简单、维护方便、高效节能、易于控制等优点。故而在工业动力过程及生活领域等都得到了广泛的应用。经典PID控制在电机速度控制中已经得到了比较成熟的应用,但是受电动机负载等非线性因素的影响,传统的控制策略在实际应用中难以保持设计时的理想性能,且在系统运行过程中,参数对系统的外部环境的要求比较严格,且调试复杂不便。内模控制(Internal Model Cont rol)是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略
2、,其具有结构简单、跟踪调节性能好、鲁棒性强、能消除不可测干扰等优点。文献中通过采用内模控制原理对不同特性对象进行控制,结果表明:基于内模原理的控制器设汁原理简单,可同时考虑多种控制指标,应用范围广,参数整定直观方便。分析内模控制与PID控制存在的对应关系,将PID控制器设计转化到内模控制框架下进行,可以得到明确的解析结果。这样不仅在控制要求上能到达模糊PID控制的要求,同时又降低了参数设计的复杂性和随机性。文中通过分析基于内模原理的PID控制器的设计原理,解析出控制器参数的内部数学模型,并针对双闭环无刷直流电机凋速系统,采用MATLAB对设计的控制器与经典PID控制器进行仿真比较。1 无刷直流
3、电机模型文中研究的模型是无中性线Y形连接的三相无刷直流电动机,该模型在多种应用场合中的多数无刷直流电机中具有代表性。假定三相绕组完全对称,忽略齿槽效应;且气隙磁场为方波,定子电流、转子磁场分布皆对称;忽略磁路饱和,不计涡流和磁滞损耗。则无刷直流电机电势平衡方程式为:U=E+Iacpracp+2U (1)式(1)中:U为电源电压;E为电枢绕组反电势;sacp为平均电枢电流;racp为电枢绕组的平均电阻;U为功率管饱和压降,对于桥式换相电路为2U。该三相无刷直流电机等效电路图如图1所示。根据无刷直流电机特性,对其进行建模可得三相无刷直流电机的动态数学模型框图如图2所示。如图2所示,Tt为电枢回路电
4、磁时间常数;Tm为拖动系统机电时间常数。故而无刷直流电机的转速、电流双闭环调速系统的动态结构图如图3所示。由图3可知,系统为串级控制系统,本设计针对此串级控制的控制器采用IMC-PID控制算法进行系统仿真研究。2 内模控制的基本原理内模控制是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略,以其简单、跟踪调节性能好、鲁棒性强、能消除不可测干扰等优点为控制理论界和工程界所重视。典型内模控制的结构如图4所示。如图4中,G(s)为实际被控对象;M(s)为被控对象的内部模型(过程模型),可分解为可逆部分M_(s)和不可逆部分M+(s),且满足M(s)=M_(s)M+(s);Q(s)为内模控制器,它是通
5、过求过程模型的近似逆而获得的,设为,其中R(s)是一个n阶低通滤波器R(s)=1(s+1)n;U(s)为内模控制器的输出控制量;Y(s)为系统的输出;R(s)为系统输入;D(s)为不可预测干扰。内模控制是基于过程数学模型进行控制器设计的控制策略,通过引入低通滤波器建立关于研究对象或参数与控制器的内部数学模型,实现基于内部模型的新型控制策略。其中为滤波器常数,是内模控制需要整定的参数,它对系统性能和鲁棒性有显著影响。需要在快速性和鲁棒整定之间折巾,尤其是在时变时延系统中,对时延的鲁棒性,有着非常重要的作用。3 IMC-PID控制器的设计根据图4可做出内模控制结构的等效图如图5所示。将图4所示内模
6、控制器Q(s)等效分解成图5中虚线包围的部分,对图5所示的输入输出关系进行推导可知,两个模型模块M(s)可以互相抵消,因而可将图5所示系统等效成图6所示常规PID反馈控制系统,从而得到常规PID反馈控制C(s)与IMC控制Q(s)器的关系如下:由图4可以看出经典控制器C(s)与内模控制器Q(s)的关系如式(3)所示,IMC-PID控制器的设计思路就是把等效为经典反馈PID控制,即把内模控制器转化为PID各参数的解,继而从内模控制的角度来设计PID控制器。设计包含4个步骤:第1步:将模型分解把模型M(s)分解为全通部分M+(s)和最小相位部分肘M_(s),即M(s)=M_(s)M+(s) (4)
7、其中M_(s)是模型最小相位部分,M+(s)包含了M(s)中的纯滞后环节和右半S平面的零点。第2步:求内模控制器由第一节介绍可知其中R(s)=1(s+1)n第3步:将内模控制器转换为合适的PID控制器利用求得的内模控制器Q(s)与式(3)比较,理想的PID控制器具有如下的形式:将式(8)等式右边展开成s的Taylor级数,再由s多项式各项幂次系数对应相等的原则,即求解可得基于内模控制原理的PID控制器的各参数。第4步:整定滤波器常数。4 IMC-PID控制器参数整定由上述分析可知,被控对象的过程模型可分解为纯滞后环节和最小相位环节两部分,其中纯滞后环节部分分析比较复杂,故设计中一般采用Pade
8、法来近似分析。由式(8)可知,基于内模原理的PID控制器中所需要整定的唯一参数是,通过第二节中对被控对象的分析可知其过程模型可近似为二阶加纯滞后环节,其模型结构如式(9)所示:由式(5)可知内模控制器为:由式(16)可知,在被控对象过程模型已知的条件下,T1、T2和K是已知的,故在控制器的设计中,需要调试的参数只有一个。5 结果仿真与分析根据相关资料,无刷直流电机的各项相关参数如下:UN=220V,IN=136A,nN=1460rmin,电枢电阻Ra=02,允许过载倍数=15;变流装置Ts=0001 67 s,放大系数Ks=40;枢回路总电阻R=05;电枢回路总电感L=15 mH;机电时间常数
9、Tm=018 s;电枢回路电磁时间Tt=003 s;电机轴上的总飞轮惯量GD2=225 Nm2;电流反馈系数=005 VA;转速反馈系数=0007 Vminr。运用MATIAB中的Simulink工具箱对系统进行仿真研究,其仿真原理如图7所示。其对比仿真结果如图8所示。由仿真结果可以看出,基于内部模型来设计PID控制器参数的控制方式,相对于传统PID控制器来说,更有调节时间短,响应速度快,超调量小,能使系统尽早地达到稳定等优点,能有效提高被控对象的动态、静态性能。同时在参数调节的过程中,基于内部模型的PID控制器参数只有一个,故而调节更为方便,更有利于应用工程实践中。6 结论本设计通过仿真分析
10、比较传统PID控制器与基于内模原理的PID控制器在双闭环无刷直流电机转速控制系统中的控制效果,结果表明基于内模原理的PID控制器在无刷直流电机转速控制系统中能达到传统PID控制器的控制要求,同时,基于内部模型的PID控制器在参数调节上更方便,故而此种控制器比较合适应用于双闭环无刷直流电机的转速控制中。本文来源:www.opg- 转载需注明出处亲爱的朋友,上文已完,为感谢你的阅读,特加送另一篇范文,如果下文你不需要,可以下载后编辑删除,谢谢!道路施工方案1、 工程概况 2、 编制说明及编制依据3、 主要施工方法及技术措施31施工程序32施工准备33定位放线3. 4土方开挖35卵石路基施工36天然
11、砾基层施工3. 7高强聚酯土工格楞38水泥稳定砂砾基层施工39路缘石施工3. 10玻璃纤维土工格栅施工311沥青面层施工3. 12降水施工4、 质量控制措施5、 雨季施工安排6、 安全技术措施1. 工程概况本项目建设的厂址位于新疆石河子市。工程场地位于石河子高新技术开发区经七路西。场地原为麦田,地势南高北低。厂区道路连通各装置区域,并与经七路相连。2. 编制说明及编制依据为保质按时顺利完成厂区道路,根据工程施工招标文件、设计施工图,以及现场实际场地,并结合我公司多年来的现场施工经验编制此方案。规范及标准: 沥青路面施工技术质量规范 JTG F40-2004工程测量规范 GB50026-2007
12、建筑施工安全检查标准 JGJ59-1999;3. 主要施工方法及技术措施3.1施工程序降水施工测量土方开挖路基(卵石)整平机械压实天然砂砾基层机械压实高强聚酸土工格楞浆砌卵石立缘石基础水泥砂浆勾鏠天然砂砾基层机械压实安装路缘石水泥稳定砂砾底基层玻璃纤维土工格楞粗粒式沥青混凝土面层中粒式沥青混凝土面层3.2施工准备熟悉图纸及规范,做好技术交底工作。按图纸范围确定施工范围,标出外框范围线,清出障碍物。联系施工需用材料、机械的进场工作。根据业主提供的平面控制坐标点与水准控制点进行引测。根据施工图规定的道路工程坐标点,进行测量放样的业内复合计算。3.3定位放线根据现场实际情况,在道路两侧沿线间隔50m
13、左右布置测量控制桩,轴线定位(坐标)桩与高程测量控制桩合用。控制点沿道路中心线两侧交错间隔布置,形成多个控制体系,同时控制桩做醒目标志,以防在施工过程中被碰动。土方施工后,测量人员应及时重新放线,路基处理后,应在路基上测定路面中心线、边界线以及标高控制点。其基本步骤为:校验路基轴线控制桩;合格后,根据轴线控制桩详细放出路边线以及设置标高控制桩。放线自检和业主监理验收后方可使用。验线允许偏差根据规范规定。3.4 土方开挖 施工方法:在施工测量放线确定基础位置,经检查复核无误后,作为施工控制的依据,并经过监理确认后,即可进行基础土石方的开挖。 主要施工机具:挖掘机、装载机、尖、平头铁锹等。 3.4
14、.1作业条件: 土方开挖前,应摸清地下管线等障碍物,以及地下水位等情况,并应将施工区域内的地下障碍物清除和处理完毕。 道路的定位控制线(桩),标准水平桩及基槽的灰线尺寸,必须经过共同检验合格,并办完预检手续。考虑在机械无法作业的部位和修整边坡坡度采用人工进行施工。熟悉图纸,做好技术交底。索取地勘资料及气象资料。 夜间施工时,应合理安排工序,防止错挖或超挖。施工场地应根据需要安装照明设施,在危险地段应设置明显标志。3.4.2挖土方流程: 确定开挖的顺序和坡度沿灰线切出槽边轮廓线分层开挖修整槽边清底。(1)基地坡度剖面图: 现场土质为粉质粘土,开挖 深度不超过1.5m可不放坡,不加支撑,挖深度超过
15、1.5m必须放坡,放坡坡度为1:0.75。(2)开挖基槽: 采用反铲挖土机开挖基槽从槽的端头,以倒退行驶的方法进行开挖,将土方甩到基槽两侧,应保证边坡的稳定。场地以下耕织土层直接清理现场,剩余好土回填基槽使用。(3)施工要求: 基坑(槽)开挖后,不得直接开挖至设计底标高,避免机械开挖扰动地基土层。在挖到距槽底20cm以内时,测量放线人员应配合抄出距槽底20cm水平线,并在槽壁上每隔35m钉水平标高小木桩或短钢筋,在挖至接近槽底标高时0.2m时,用尺或事先量好的20cm标准尺杆,随时以小木桩校核槽底标高。最后由两端轴线(中心线)引桩拉通线,检查距槽边尺寸,确定槽宽标准,据此修整基槽,最后人工清除
16、槽底土方。 土方开挖时应注意边坡稳定。严禁切割坡脚,以防导致边坡失稳,当边坡坡度陡于五分之一,或在软土地段,不得在挖土上侧堆土。必要时可适当放缓边坡或设置支撑。施工时,应加强对边坡、支撑、土堤等的检查。同时应注意基坑边沿控制线好其他单位设施,避免损伤. 夜间施工时,应有足够的照明设备,在危险地段应设置明显标志,并要合理安排开挖顺序,防止错挖、超挖。 雨期施工在开挖基坑(槽)时,应注意边坡稳定,必要时可适当放缓边坡坡度,防止地面水流入。坚持对边坡进行检查,发现问题要及时处理。(4)应注意控制的质量问题 基础底部土方超深开挖:开挖基坑(槽)或管沟均不得超过基底标高。如个别地方超挖时,其解决方法应取
17、得设计单位的同意,不得私自处理.基坑开挖中如遇局部地基问题,施工方应及时通知有关各方人员现场共同协商处理,未得到各方任何之前,不得擅自处理。基坑开挖并清理完,经钎探(根据当地监理、质检部门要求)和验槽合格后,方可进行下道工序的施工。 基底未能得到保护:基坑(槽)开挖后应尽量减少对基础底部基土的扰动。如基础不能及时施工时,可在基底标高以上留出0.3m厚土层,待做基础时再挖掉。开挖尺寸不足:基坑(槽)或管沟底部的开挖宽度,除结构宽度外,应根据施工需要增加工作面宽度。如排水设施、支撑结构所需的宽度,在开挖前均应考虑。基坑(槽)边坡不直不平,基底不平:应加强检查,随挖随修,并要认真验收。3.5卵石路基
18、基层施工路基施工是道路施工重点, 必须将原地面上各种杂物清除,保证填土表面无积水。对于压路机不能压到得地方,采用夯机夯实或者人工夯实。厂区道路路基密实度不小于96%,经检测合格后方可经行后续施工。本工程采用200厚卵石基层,基层每边比基础宽出270mm。自卸汽车倒至基槽漂石,反铲挖掘机整平后,压路机压实。3.5.1材料卵石:采用粒径100-200mm卵石做为底基层。上层为天然砂砾,水泥稳定砂砾层及粗,中式沥青面层。3.5.2施工方法 (1)施工测量施工前对下承层按质量验收标准进行验收之后,恢复中线,直线段每20m设一桩,并在两侧路面边缘0.3-0.5m处设标志桩,在标志桩上用记号笔标出漂石基层
19、边缘设计标高。 (2)整平卵石入槽后,挖掘机倒退法整平。进行分层施工,基层的设计厚度为200mm,根据现场实际情况,基底土方含水率较大,为了保证第一层漂石整体均匀性, 防止地基翻浆,第一层漂石虚铺厚度400mm,碾压整平后,直接回填天然砂砾,分层碾压至设计标高。(3)试验取样选择资质符合要求的试验室进行戈壁分层碾压取样试验。现场取样每层天然砂砾碾压完成后,由监理单位见证试验室现场对戈壁取样,压实系数要求不小于0.96.取样要求,每1000平方取样两点,不足1000平方时按两点取样。 3.6天然砂砾路基施工天然砂砾应平铺整平后,进行机械碾压。压路机采用18t内震式。碾压时先轻后重,先慢后快。直线
20、段,由两侧路肩向路中心碾压,平曲线段由内侧向外侧进行碾压。碾压时,主碾重叠不小于30cm。压路机的碾压速度,头两遍采用1.5-1.7Km/h,以后采2.0-2.5Km/h。在规定的时间内碾压到要求的压实度,达到没有明显的轮迹。碾压过程中,如有“弹簧”、松散、起皮等现象,铲除换填,使其达到质量要求。分段施工时,上下两层接缝距离为500mm,接缝处夯压密实。3.7高强聚酯土工格楞土工格栅选取用聚酯涤纶纤维为原料。采用经编定向结构,织物中的经纬向纱线相互间无弯曲状态,交叉点用高强纤维长丝捆绑结合起来,形成牢固的结合点,充分发挥其力学性能,高强聚酯土工格栅具有抗拉强度高,延伸力小,抗撕力强度大,纵横强
21、度差异小,耐紫外线老化、耐磨损、耐腐蚀、质轻、与土或碎石嵌锁力强,对增强土体抗剪及补强提高土体的整体性与荷载力,具有显著作用。 土工格栅施工要点: 1、施工场地:要求压实平整、呈水平状、清除尖刺突起物。 2、格栅铺设:在平整压实的场地上,安装铺设的格栅其主要受力方向(纵向)应垂直于路堤轴线方向,铺设要平整,无皱折,尽量张紧。用插钉及土石压重固定,铺设的格栅主要受力方向最好是通长无接头,幅与幅之间的连接可以人工绑扎搭接,搭接宽度不小于10cm。如设置的格栅在两层以上,层与层之间应错缝。大面积铺设后,要整体调整其平直度。当填盖一层土后,未碾压前,应再次用人工或机具张紧格栅,力度要均匀,使格栅在土中
22、为绷直受力状态。 3、填料的摊铺和压实:当格栅铺设定位后,应及时填土覆盖,裸露时间不得超时48小是,亦可采取边铺设边回填的流水作业法。先在两端摊铺填料,将格栅固定,再向中部推进。碾压的顺序是先两侧后中间。碾压时压轮不能直接与筋材接触,未压实的加筋体一般不允许车辆在上面行驶,以免筋材错位。分层压实度为20-30cm。压实度必须达到设计要求,这也是加筋土工程的成败关键。 4、防排水措施:在加筋土工程中,一定要作好墙体内外的排水处理;要做好护脚,防冲刷;在土体内要设置滤、排水措施。3.8水泥稳定砂砾基层施工1.摊铺混合料前,要清扫砂砾执层,垫层上不能有杂物。要严格检查底基层之纵断高程和横断面坡度,检
23、测指标与偏差必须满足设计与规范要求。然后洒水湿润底基层表面,但不能有自由水存积。2用摊铺机摊铺混合料时,中间不宜中断。 因故断超过初凝时间过长,应设置施工缝。 摊铺机行下速度控制在1M-5M/min,并匀速行进。3.水泥稳定砂砾基层施工中,横缝是不可避免的,对接缝处理规范有严格要求。另外根据实际操作之经验,我处理之方法是先在横缝处多填混合料,压路机横向碾压2-3遍,再铲除明显高出之部分,再横压力1-2遍,最后再纵向依次碾压,压路机纵向行驶要超过横缝,碾压完毕再人工挖除1米,以便下次接缝。4.水泥稳定砂砾基层碾压成型后,要能时喷雾洒水,以防止水泥稳定基层风干。48小时内要保持表面湿润不干燥,然后
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- PID 控制器 直流电机 调速 系统 中的 应用
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