电气传动自动控制系统优化设计方法研究

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电气传动自动控制系统优化设计方法研究

发布日期： 2014-12-12 发布：  

  2014年21期目录       本期共收录文章20篇

　　摘  要  随着社会经济与科学技术不断发展，环保、节能观念逐渐深入人心，电气传动系统作为一种高效、节能系统，在社会各个领域得到了广泛的推广和普及，并对相关领域产生深远的影响，受到了人们越来越多的关注。为了能够优化电气传动系统，降低运行成本，促使其发挥最优性能，加强对电气传动自动控制系统的研究势在必行。本文将对Ⅰ型、Ⅱ型以及典型Ⅲ型系统调节器设计方法进行分析和研究，并阐述交流调速矢量控制系统优化方案，从而推动我国相关领域进一步发展。
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　　关键词  电气传动;自动控制;优化设计
　　中图分类号：TM921      文献标识码：A      文章编号：1671-7597（2014）21-0040-01
　　现代电气传动作为一门全新学科，发展历史悠久，早期已经出现雏形，随着科学技术的发展，推动电气传动技术不断进步。电气传动系统作为与我国国民经济、人民生活息息相关的技术，被广泛应用于轻工、冶金等众多领域。因此，电气传动系统具有十分重要的作用和地位，对其进行深入研究十分必要。
　　1  Ⅰ型系统以及设计方法
　　目前，Ⅰ型系统存在多种形式，根据工程设计方案，本文将采用一种典型表现形式进行研究，主要将零分贝线作为参数基础，确定中频带宽度，能够保证系统的安全、稳定，并存在一定的稳定余量，在明确Ⅰ型系统的结构之后，寻找到系统参数与性能指标之间的关系，确定计算公式，并制出表格。工程设计方法明确规定了典型Ⅰ型系统的动态跟随性能指标、抗干扰性能指标等。因此，在进行设计过程中，需要按照工程设计方法的标准和规定，以确保系统能够发挥作用[1]。
　　虽然，这种设计方式进行的典型Ⅰ型系统传递函数形式相对简单，易于接受和理解，但是，如果只存在一个可调整参数，要能够实现快速、稳定目标，可能会出现顾此失彼的现象，系统灵活性不高，在一定程度上影响电气传动系统正常运转，而且，由电机与驱动器构成的原始系统，，在进行多次校正之后，会出现较大误差。另外，这种设计方法进行的零极点对消法，特别是针对临界稳定或者不稳定原始系统的一部分极点，普遍出现对消不明显，造成系统无法稳定运行的现象。
　　一般的调速系统开环传函分母可知，如果结合电机驱动装置的传递函数确定为一贯性环节，设计则需要设计成为ZPFP系统;如果忽略这一环节，则可以将其设计成为PI系统，又或者是PID调节器校正成满零点以及欠零点系统。因此，Ⅰ型系统工程设计方法如下：首先，建立原始系统数学模型;其次，将方法分别设计两个极点，再实施零点对消，最终将系统来还传递函数校正成为典型的Ⅰ型系统[2]。
　　2  Ⅱ型系统调节器设计方法
　　Ⅱ型系统主要是指开环传递函数中分母中纯积分环节数量系统，典型Ⅰ型系统虽然结构简单，方便人们接受，但是，由于其系统层次较低，度斜坡输入势必会存在静差系统，影响生产设备稳定运行。因此，在目前大多数领域的生产设备中普遍采取的是Ⅱ型系统，Ⅱ型系统以其自身灵活度高、快速、稳定等特征，受到各个行业广泛关注。由于Ⅱ型系统涉及到具体的参数，在一定程度上增加了设计难度，而工程设计方法可以选择其中一个自由参数进行研究，通过这种方式不仅能够简化设计过程，而且能够实现性能的最优化。首先，与Ⅰ型系统设计方法相同，需要建立原始系统数学模型，其次，在根据性能标准等，确定自由参数，并与原始系统传统函数进行科学、合理的比较，确定调节器的各个参数。然而，Ⅱ型系统与典型Ⅰ型系统存在同样的弊端，如果只存在一个可调整参数，要能够实现快速、稳定目标，可能够会出现顾此失彼的现象，系统灵活性不高，系统性能发挥并不理想[3]。
　　3  典型Ⅲ型系统调节器设计方法
　　典型Ⅲ型系统相比较前两种系统而言，具有更加稳定的特性，加速度误差基本为零。通过对目前现行系统的实际情况来看，针对典型Ⅲ型系统的设计普遍是先确定其稳定性，然后再追求快速性，在进行多环系统设计时，将内环与外环之间的多个环节构成一个整体，这样不仅能够精简自由参数，还能够优化系统性能，促使其发挥最大效用。另外，追求系统快速性，需要在合理范围内找到参数之间的关系，并选择一个自选参数，通过优化准则，探索构成典型Ⅲ型系统的方案。因此，典型Ⅲ型系统设计方案如下，首先，要明确校正对象;其次，设计者在根据目标要求的性能进行分析和研究，确定成型后的典型Ⅲ型系统进而加入调整期，完成所有设计步骤[4]。
　　4  交流调速矢量控制系统优化方案
　　上述系统涉及主要是线性模型，而交流调速系统则是非线性模型，具有极强的耦合特征，分析研究难度较大。交流调速系统作为整个电气传动系统的重中之重，上述设计方案并不适用在交流调速系统之中，矢量控制方法作为一种新型分析研究方案，将二者结合在一起能够更好地反映出交流调速的优势和性能。因此，实现交流调速系统矢量控制的关键和重点是要通过坐标进行旋转变换，并将定子电流的励磁分量与转矩分量解耦，简而言之，就是目前现行的直接测量以及间接观测转子磁链分析方法。随着科学技术不断发展，电气传动系统的设计方法会越来越多，能够在一定程度上推动我国电气传统系统进一步发展，逐渐为更多领域做出贡献[5]。
　　5  结论
　　根据上文所述，电气传动系统在我国各个领域具有十分重要的作用，为了能够优化设计电气传动系统，成为业界越来越关心的话题。因此，在我国目前原有的工程设计方法上，针对调速系统又重新建立起了一套既简单，又高效的优化设计方案，推动了我国电气传动进一步发展，为我国相关领域做出贡献。
　　参考文献
　　[1]李海军.电气传动技术的发展现状及展望――访中国电力电子学科带头人王正元教授[J].电工技术杂志，2010，18（03）：259-261.
　　[2]孙巨禄，苏鹏声，李永东.自调整模糊控制器在异步电机矢量控制系统中的应用[J].清华大学学报（自然科学版），2012，20（05）：12-14.
　　[3]乔志杰，程翠翠.基于遗传算法优化的模糊PID控制研究及其仿真[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2011，10（8）：158-159.
　　[4]周娟利，党智乾.基于自调整模糊控制的直线电机矢量控制系统[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2013，14（01）：265-267.
　　[5]刘春英，朱兵.在负功率下四象限变频器的DTC直接转矩控制的应用[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2009，12（5）：123-125.

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