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直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)中控制電壓非線性研究

作者: 時(shí)間:2011-02-22 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


3.1.2 原因分析
比較圖3(a)可知,當(dāng)轉(zhuǎn)速在0~1 500 r/min和4 000~5 000 r/min,端電壓平均值與轉(zhuǎn)速間存在的非線性,用二次曲擬合如圖3(b)所示,擬合相關(guān)系數(shù)較高。由圖3(a)可見(jiàn),當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為0時(shí)電機(jī)兩端電壓平均值約為1.3 V。這是因?yàn)殡姍C(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),摩擦力為靜摩擦力,靜摩擦力是非線性的。隨著外力的增加而增加,最大值發(fā)生在運(yùn)動(dòng)前的瞬間。電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩之和,由于本系統(tǒng)不帶負(fù)載,因此電磁轉(zhuǎn)矩為空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩??蛰d制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間此時(shí)是非線性的。電磁轉(zhuǎn)矩與電流成正比,電流又與電壓成正比,因此此時(shí)電壓與轉(zhuǎn)速之間是非線性的。
當(dāng)轉(zhuǎn)速在2 000~4 000 r/min線性關(guān)系較好,占空比的微小改變帶來(lái)的轉(zhuǎn)速改變較大,因此具有較好的調(diào)速性能。這是因?yàn)殡S著運(yùn)動(dòng)速度的增加,摩擦力成線性的增加,此時(shí)的摩擦力為粘性摩擦力。粘性摩擦是線性的,與速度成正比,空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與速度成正比,也即電磁轉(zhuǎn)矩與電流成正比,電流又與電壓成正比,因此此時(shí)電壓與轉(zhuǎn)速之間是線性的。當(dāng)轉(zhuǎn)速大于4 000 r/min。由于超出了額定轉(zhuǎn)速所以線性度較差且調(diào)速性能較差。此時(shí)用二次曲線擬合結(jié)果較好,因?yàn)楫?dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí),摩擦阻力小到可以忽略,此時(shí)主要受電機(jī)風(fēng)阻型負(fù)荷的影響,當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件在氣體或液體中運(yùn)動(dòng)時(shí),其受到的摩擦阻力或摩擦阻力矩被稱為風(fēng)機(jī)型負(fù)荷。對(duì)同一物體,風(fēng)阻系數(shù)一般為固定值。阻力大小與速度的平方成正比。即空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與速度的平方成正比,也即電磁轉(zhuǎn)矩與速度的平方成正比,電磁轉(zhuǎn)矩與電流成正比,電流又與電壓成正比,因此此時(shí)電壓與轉(zhuǎn)速之間是非線性的。
3.2 占空比與端電壓平均值關(guān)系
3.2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

擬合占空比與端電壓平均值關(guān)系曲線如圖4所示。相關(guān)系數(shù)R-square:0.998 4。擬合曲線方程為:

如圖4所示,占空比與端電壓平均值滿足拋物線方程。運(yùn)用積分分離的PID算法改變電機(jī)端電壓平均值,可以運(yùn)用此關(guān)系式改變占空比,從而實(shí)現(xiàn)了PWM調(diào)速。



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