永磁直流直线电机双闭环调速系统设计与研究

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1、2010年2月机床与液压Feb．2010第38卷第3期MACHINETO0L＆HYDRAULICSVo1．38No．3DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．03．006永磁直流直线电机的双闭环调速系统的设计与研究梁霭明，马平，陈爱民，龚政(广东x-_,lk大学机电工程学院，广东广州510006)摘要：简要介绍永磁直流直线电机的双闭环调速系统的PID控制原理，利用PID控制算法设计永磁直流直线电机的双闭环调速系统的数学模型，并在MATLAB中建立模型进行仿真分析，最后通过硬件实验验证

2、所设计模型的可行性并进行误差分析。关键词：PID；双闭环调速系统；Matlab仿真中图分类号：TP273．4；TM310．2文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)3—018—3ResearchonDualClosed·loopSpeedControlSystemofPermanentMagnetDCLinearMotorLIANGAiming，MAPing，CHENAimin，GONGZheng(FacultyofMachineryandElectronicEngineering，Guangdo

3、ngUniversity，ofTechnology，GuangzhouGuangdong510006，China)Abstract：PIDcontrolprincipleofdualclosed—loopspeedcontrolsystemofpermanentmagnetDClinearmotorwasintroduced．Themathematicmodelofdualclosed—loopspeedsystemwasdesignedbyPIDcontrolalgorithm．Simulationmodel

4、wascreatedinMat-lab．Thevalidityofthemodelwasverifiedthroughhardwareexperimentsandtheerrl0rWasanalyzed．Keywords：PID；Dualclosed-lopspeedcontrdsystem；Matlabsimulation永磁直流直线电机可以看作由永磁旋转直流电机例、积分、微分计算出控制量进行控制的。演变而来的。在电机的行程范围内，线圈置于永磁体PID控制结构框图如图1所示，比例控制是一种产生的均匀磁场中，当

5、线圈中通人直流电源时，线圈最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号导体在磁场中就会受到电磁力的作用⋯，直线电机在成比例关系。但仅有比例控制时，系统输出存在稳态电磁力的推动下实现直线运动。．误差。一般情况下，增大比例系数会加快系统的双闭环调速系统是目前直流电机调速系统中的主响应速度，有利于减少静差，但过大的比例系数K流设备，它具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高会使系统有较大的超调，并产生振荡使稳定性变等优点。为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速差]。系统的两个调节器一般都采用PI调节器。对于电流内环(A

6、CR)，在设计调节器时应强调有良好的跟随性能；对于速度环(ASR)，要求系统具有较好的抗扰性能指标。为了使永磁直流直线电机获得更好的运动性能，作者对双闭环调速系统采用Simulink设计仿真，并通过可视化软件VB与单片机相结合进行研究。图1PID控制结构框图1永磁直流直线电机双闭环调速系统的PID控制为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分环原理节，积分项的误差取决于时间的积分。随着时间的增当被控对象的结构参数不能被完全掌握或得不到加，积分项误差会增大。这样，即便误差很小，积分精确的数学模型时，控制理论的其他技

7、术就难以采项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出用，那么，系统控制器的结构参数必须依靠经验和现增大，使稳态误差进一步减小，直到等于0。减小积场调试来确定。这时应用PID控制技术最为方分系数K(Ki=Kp)将减少积分作用，有利于减便心]。PID控制器就是根据系统的误差，利用比少超调使系统稳定，但系统消除静差的速度慢。收稿日期：2009—02一o4基金项目：国家自然科学基金资助项目(50775043)作者简介：梁霭明(1982一)，男，硕士研究生，主要研究方向为机械设计与分析、电机控制。电话：1382642

8、4980，E—mail：wilsonliangfirst@163．com。第3期梁霭明等：永磁直流直线电机的双闭环调速系统的设计与研究·19·由于存在较大惯性环节或滞后环节，控制系统在电机线圈的电压平衡方程：克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。解U：E+iR+三(2)决的办法是使抑制误差的作用变化“超前”，即在误差接近0时，抑制误差的作用就应该是0。也就是其中：U为线圈端电压(