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1、第25卷第2期华东地质学院学报Vol125No162002年6月JOURNALOFEASTCHINAGEOLOGICALINSTITUTEJun.2002PWM驱动电机的电流环设计郑舒(华东地质学院信息工程系,江西抚州344000)摘要:总结了PWM驱动电机电流环的设计及提取反馈电流的方法,提出了一种无超调的电流环设计方法———积分反馈校正方法,并探讨了小电流时电流环的设计各种获取电流的方法。关键词:PWM;电流环;霍尔传感器中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:1000-2251(2002)02-174-04在PWM驱动电机系统(调速系统或位置随动能好为
2、主,则可校正成典型Ⅰ型系统;若以具有较系统)的设计中,电流环的设计是一个重要环节。好的抗扰性能为主,则应选择典型Ⅱ型系统。在用电流环的设计可分为电流校正环节的设计与反馈PI控制规律设计电流环时,首先遇到的问题是反电电流的获取两个方面。势产生的交叉反馈作用。在实际系统中,由于电磁时间常数Tl远小于机电时间常数Tm,电流的调节1电流校正环节的设计过程往往比转速的变化过程快得多。反电势对电流1.1前馈校正环来说,只是一个变化缓慢的扰动,在电流调节器电流校正环节按照校正方式的不同,可分为前的快速调节过程中,可以认为反电势E基本不变,馈校正与反馈校正两种。前馈校正中,最常用
3、的是或者认为ΔE≈0,这样,在设计电流环时,可以暂PI校正方式,文献[2]用这种方式将电流环校正成不考虑反电势变化的影响,而将电势反馈作用断典型Ⅰ型系统或典型Ⅱ系统,若以超调小、跟随性开,使电流环结构简化。图1电流环结构框图Fig.1Currentloopstructureblockdiagram其中ugi为电流环的控制电压;Toi为滤波时间器的传递函数为:常数,滤去由PWM调节带来的高次谐波;LT为电WLT(S)=K1(τis+1)/τis流环调节器,此处为PI调节器;R为电枢电阻;TL当取τi=Tl此时,电流环的结构图使成为典为电磁时间常数;β为反馈系数;KP
4、WM为PWM放型Ⅰ型系统的形式,如图所示:大系数。其中,KI=KiKPWMβ/RτI。将给定滤波器与反馈滤波器两个环节等效地如果要求跟随性能好,超调量小,可按工程最置于环内,使电流环结构变为单位反馈系统,此时佳参数KIToi=0.5或ζ=0.707选择调节器参数,系统的激励变为Ugi/β,未校正时的前向传递函数电流环开环放大系数KI为为KPWM/R(Tois+1)(Tls+1)KiKPWMβ若按典型Ⅰ型系统设计电流环时,电流调节KI=τiR收稿日期:2001204219作者简介:郑舒(1972—),男,工学硕士,研究方向控制理论与控制工程。第2期郑舒:PWM驱动电
5、机的电流环设计571阶以上系统,电流环或多或少总有一些超调(典型I型系统是小超调系统,其超调量为4.3%)。一阶系统是无超调的,如果把电流环校正成一阶系统,在顺馈校正时,就必须采用微分校正,微分校正虽能扩展系统频带,做到系统无超调,但很容易引起干图2典型Ⅰ型系统结构图扰,故在实际系统设计中很少采用这种方法,而采Fig.2Structureblockdiagramforthetypical用积分反馈进行电流环的设计,不仅可以使电流环systemoftypeI无超调,还可以将电流环干扰引入积分反馈加以抑令KIToi=0.5,故有制。在实际应用中,积分反馈的作用相当于微
6、分顺KI=0.5·R·T·/(KPWM·β·Toi)馈。在对电动机低速平稳性要求较高的场合,由于且截止频率ωci为积分反馈的微分控制作用,当电动机输出轴的转矩ωci=KI=0.5/Toi小于干摩擦力矩的时候,由微分作用引起的电流脉上述关系表明,按工程最佳参数设计电流环冲促使电机转动力矩增大,从而使电动机输出轴转时,截止频率ωci与Toi的关系亦满足小惯性群的近速始终大于0,这样就克服了在低速时由于摩擦造似条件ωcini/Toi成的低速爬行现象,使电机在低速时运行平稳。在如果按典型Ⅱ型系统设计电流环,则需要将设计积分反馈时,需将Toi、TI的作用忽略,这就要控制对象
7、中的大惯性环节1/(TIS+1)近似为积分求在设计电流环时,要综合考虑外环(速度环、位置环节1/TIS(当T1>hToi时),而电流环调节器选环)的要求,不要使Toi、Ti落入外环(速度环或位择PI调节规律,但积分常数τi应选得小一些。此置环)频带范围内,造成对外环的干扰。另外,为了时,电流环结构图如图所示,图中KI=消除由微分作用产生的大尖峰脉冲对电机的冲击,可在电机两端并上电阻电容以吸收部分尖峰脉冲。积分反馈校正的结构框图可表示如下。图3典型Ⅱ型系统结构图Fig.3StructareblockdiagramforthetypicalsystemoftypeⅡK
8、iKPWM
