前言

本章節(jié)采用工程設(shè)計的方法，推導轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算公式，由此來設(shè)計永磁同步電機磁場定向控制的轉(zhuǎn)速外環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，并通過Matlab/Simulink對設(shè)計的PI調(diào)節(jié)器進行Bode圖分析，最后通過一個設(shè)計實例進行仿真驗證。

一、調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法

要實現(xiàn)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法，首先要簡化問題，突出設(shè)計的主要矛盾。簡化的基本思路就是把調(diào)節(jié)器的設(shè)計過程分成兩步：

1、選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度

2、再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足系統(tǒng)動態(tài)性能指標的要求

選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)能滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度，這是設(shè)計過程中的第一步。由于III型及III型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定，因此常把I型系統(tǒng)和II型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計的目標。

二、轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定

工程設(shè)計方法的原則是：先設(shè)計內(nèi)環(huán)后設(shè)計外環(huán)，上一章節(jié)設(shè)計了永磁同步電機磁場定向控制的電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器，本章節(jié)接著設(shè)計轉(zhuǎn)速外環(huán)PI調(diào)節(jié)器，不同于將電流內(nèi)環(huán)校正為典型I型系統(tǒng)， 轉(zhuǎn)速外環(huán)的設(shè)計目標是將系統(tǒng)校正為典型II型系統(tǒng) 。

2.1.轉(zhuǎn)速環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖

控制系統(tǒng)的數(shù)學模型是進行設(shè)計的基礎(chǔ)，下圖為轉(zhuǎn)速環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖：

將電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)填入轉(zhuǎn)速環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖如下：

通過下述處理，進一步簡化轉(zhuǎn)速環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖：

簡化后的轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖為：

2.2.典型II型系統(tǒng)

2.3.轉(zhuǎn)速環(huán)PI參數(shù)整定計算公式

三、轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)器設(shè)計實例

3.1.永磁同步電機磁場定向的轉(zhuǎn)速外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙閉環(huán)控制

3.2.轉(zhuǎn)速環(huán)PI參數(shù)計算

電機參數(shù)如下：

設(shè)定系統(tǒng)采樣頻率為20KHz，即Ts=0.00005s，h設(shè)計為2.1，由轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)計算公式得：

繪制該系統(tǒng)開環(huán)Bode圖如下：

該系統(tǒng)的截止頻率wc為315rad/s位于1/tao和1/T的中間，此時獲得系統(tǒng)最大相角裕度為79.7度，符合自己的設(shè)計要求。

繪制該系統(tǒng)的閉環(huán)Bode圖如下：

由上圖可知該系統(tǒng)的帶寬頻率約為375rad/s。

3.3.仿真分析

將Kp=0.0025，Ki=0.0907帶入仿真模型的轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)器中，上一章節(jié)計算出的電流內(nèi)環(huán)PI參數(shù)Kp=5.25，Ki=3750帶入兩個電流環(huán)調(diào)節(jié)器中，進行仿真分析：

電機轉(zhuǎn)速：如果控制效果不好可以在工程設(shè)計參數(shù)的基礎(chǔ)上進行參數(shù)微調(diào)也可以重新選擇h值進行上述計算。

電機定子電流：

轉(zhuǎn)子位置：

同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的定子電流Id、Iq：

同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的定子電壓：

電磁轉(zhuǎn)矩：

總結(jié)

本章節(jié)采用工程設(shè)計的方法，推導出了轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算公式，由此來設(shè)計永磁同步電機磁場定向控制的轉(zhuǎn)速外環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，并通過Matlab/Simulink對設(shè)計的PI調(diào)節(jié)器進行了Bode圖分析，最后通過一個設(shè)計實例進行了仿真驗證，為后續(xù)章節(jié)的分析奠定基礎(chǔ)。