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宽频调速系统设计及精度分析

史大伟  
【摘要】: 随着微电子学、计算机控制技术的发展,以及精确的电机模型和各种先进控制策略的提出,电机控制的发展得到了很大的提高,使得精度高、调速范围宽、控制性能好的电机调速系统的实现成为可能。 本文首先对宽频调速控制系统进行设计,根据技术指标要求设计控制方案,介绍系统的组成,从四个方面来综合考虑提高控制系统精度的方法,包括使用适当的脉宽调制方式、选用合适的运动控制算法、消除系统中噪声和干扰的影响、选用合理的运动控制元件。在d ? q坐标系下按转子磁链定向的工作方式建立异步电机模型,讨论了该数学模型的特点。PWM调制方式采用电压空间矢量(SVPWM),分析和阐述了电压空间矢量(SVPWM)的原理及其仿真实现。 调速系统精度控制策略的研究是本文研究的重点,将内模控制技术应用到电动机的定子电流控制系统中,有效解决了电机参数变化对系统解耦性能的影响,实现了定子电流交叉电势的动态解耦。通过理论分析和仿真实验深入研究了其解耦原理和性能。在速度控制环中引入二自由度PI方法,实现调速系统的指令跟踪性能和抗扰动性能的双优控制。建立系统模型并通过MATLAB进行仿真实验,实验结果验证了上述方法的有效性。系统中的干扰和噪声会降低控制精度,小波去噪是一种消除噪声的有效途径,本文通过MATLAB设置含有噪声的输入信号并将小波去噪应用在该输入信号,结果证明该方法可以有效地滤除噪声。 最后本文从硬件和软件两个方面实现了宽频调速系统的设计,硬件的实现主要包括控制器、执行电机、速度反馈装置等硬件设备的选择及设计,软件的实现主要包括上位机软件及相关程序的编写。通过建立的调速系统进行实验,实验结果满足系统各项指标要求。


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