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基于變結(jié)構的電機力矩平衡控制系統(tǒng)研究

作者: 時間:2012-05-21 來源:網(wǎng)絡 收藏

摘要:針對多臺直流無刷(BLDCM)的控制問題,指出了傳統(tǒng)PI控制算法存在的不足;建立了BLDCM的數(shù)學模型,并給出其狀態(tài)方程;設計了2臺BLDCM控制的滑模變控制模型,選取了滑模面,計算了控制律,并進行系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。最后通過系統(tǒng)仿真,與傳統(tǒng)PI控制比較,得到理想的控制效果。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/160579.htm

關鍵詞:無刷直流;;滑模變

1 引言

由于BLDCM具有運行可靠、維護方便等特點,已廣泛應用于電動汽車、船舶推進等許多領域。實際應用時往往需要多臺同時工作,并且要求各電機的輸出轉(zhuǎn)矩平衡。

文獻利用PI控制算法實現(xiàn)了2臺BLDCM的力矩平衡控制,由于PI控制本質(zhì)上是一種線性控制,而BLDCM是非線性系統(tǒng),因此其實驗結(jié)果中的2臺電機輸出轉(zhuǎn)矩有較大的超調(diào),而且無法實現(xiàn)完全一致。

滑模變控制是一類非線性控制,它能在動態(tài)過程中根據(jù)系統(tǒng)當前的狀態(tài)變換有目的地不斷變化,迫使系統(tǒng)按預定軌跡運行。表明,滑模變結(jié)構控制具有響應快速、無需在線辨識等優(yōu)點,因此很適合直流電機的力矩平衡控制。

這里將滑模變結(jié)構控制算法應用到2臺BLDCM力矩平衡中,減小了電機力矩輸出超調(diào),提高了2臺直流電機的力矩平衡控制精度,達到了很好的控制效果。

2 系統(tǒng)描述

BLDCM的動態(tài)平衡方程為:

u=e+iaRa+Ladia/dt (1)

式中:e為電樞反電勢,e=kuω,ku為電動勢常數(shù),ω為轉(zhuǎn)子角速度;La為相繞組電感;Ra為電樞電阻。

力矩平衡方程為:

Tem=TL+Bω+Jdω/dt=kTia (2)

式中:Tem為電磁轉(zhuǎn)矩;TL為負載轉(zhuǎn)矩;B為阻尼系數(shù);J為轉(zhuǎn)動慣量;kT為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。

由上述等式可得:

c.JPG

圖1為BLDCM動態(tài)結(jié)構框圖。

d.JPG

3 軟件程序設計

3.1 選擇切換函數(shù)

要實現(xiàn)2臺電機的輸出轉(zhuǎn)矩平衡,由式(2)可得,輸出轉(zhuǎn)矩與電樞電流只相差一個kT,因此實際可通過控制2臺電機的電樞電流一致來達到輸出轉(zhuǎn)矩平衡的目的。定義電樞電流誤差為:

e=x1-xref=ia-iaref (6)

式中:iaref為被跟蹤電機A的電樞電流,即被控電機B的參考電流。

開關函數(shù)s=ce,c>0。可見,系統(tǒng)穩(wěn)定時滿足s=0,即2臺電機輸出轉(zhuǎn)矩平衡。選取指數(shù)趨近律為:

f.JPG

由上式可知,e.jpg,所選趨近律滿足到達條件。


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