电气工程及其自动化课件：电机调速与控制技术.pptVIP

*************************************5.6转矩控制1ms响应时间转矩控制环（也称电流环）是伺服系统中响应最快的控制环路，其响应时间通常可达毫秒级甚至亚毫秒级。这种快速响应能力使伺服系统能够精确跟踪复杂的动态指令。±1%控制精度高性能伺服驱动器的转矩控制精度可达±1%甚至更高，这意味着实际输出转矩与指令转矩的偏差非常小。这种高精度转矩控制能力是精密力控制应用的基础。300%过载能力伺服电机通常具有很强的过载能力，瞬时峰值转矩可达额定转矩的300%甚至更高。这种过载能力使伺服系统能够应对突发负载变化，保持系统的稳定性和响应性。10kHz控制频率现代伺服驱动器的电流环控制频率通常可达10kHz甚至更高，这意味着每100微秒就会进行一次转矩计算和调整。这种高频控制使系统能够精确跟踪快速变化的转矩指令。第六章：电机控制器设计基本结构了解电机控制器的基本架构，包括硬件结构和软件组织。控制器的硬件通常包括处理器、驱动电路、测量电路和保护电路等部分。控制算法学习各种控制算法的原理和实现方法，包括传统PID控制、智能控制（模糊控制、神经网络控制）和先进控制（自适应控制、鲁棒控制）等。参数整定掌握控制器参数整定的方法，包括经验法、理论计算法和自动整定法等，确保控制系统具有良好的动态和静态性能。工程实现了解控制器的工程实现过程，包括电路设计、软件编程、调试测试和系统优化等环节，确保控制器能够可靠稳定运行。6.1控制器的基本结构硬件结构电机控制器的硬件主要包括：处理器单元（如DSP、MCU或FPGA）用于实现控制算法；功率驱动单元（如IGBT或MOSFET模块）用于驱动电机；测量单元（如电流、电压、位置传感器）提供反馈信号；保护电路防止过流、过压等异常情况；通信接口实现与上位机或其他设备的数据交换。软件组织控制器软件通常采用分层结构，包括：硬件抽象层处理底层硬件操作；系统服务层提供定时、通信等基础功能；控制算法层实现各种控制策略；应用层处理用户交互和任务调度。现代控制器软件开发通常采用模块化设计和实时操作系统，提高开发效率和系统可靠性。控制回路电机控制系统通常包含多个嵌套控制回路：位置环响应最慢，负责位置控制；速度环响应较快，负责速度控制；电流环（或转矩环）响应最快，负责电流或转矩控制。各控制回路的带宽和动态特性需要合理配置，确保系统稳定性和响应性。6.2PID控制器设计PID控制器是电机控制系统中最常用的控制算法，由比例(P)、积分(I)和微分(D)三部分组成。P项与偏差成正比，提供基本控制作用；I项与偏差的积分成正比，消除静态误差；D项与偏差的微分成正比，改善动态性能。PID控制器的输出可表示为：u(t)=Kp·e(t)+Ki·∫e(t)dt+Kd·de(t)/dt。PID参数整定对控制性能有决定性影响。常用整定方法包括：Ziegler-Nichols方法通过临界振荡点确定参数；SIMC方法基于模型，计算简单，鲁棒性好；自整定算法利用系统辨识和优化算法自动计算参数。在实际应用中，还需考虑积分饱和、微分项滤波、参数自适应等问题。现代电机控制器中，PID控制器通常采用数字实现形式。离散化PID控制器需要选择合适的数值积分和微分算法，如后向欧拉法或梯形法。数字PID控制器编程实现中，需要注意采样周期选择、抗积分饱和设计、微分项噪声抑制等问题，确保控制器性能和可靠性。6.3模糊控制器设计模糊化将精确输入转换为模糊集合1模糊推理根据规则库进行模糊推理2去模糊化将模糊结果转换为精确输出3规则库设计专家经验转化为IF-THEN规则4模糊控制是一种基于模糊集理论和模糊逻辑的智能控制方法，特别适用于数学模型难以精确建立但有丰富经验知识的控制对象。模糊控制器通过语言规则和近似推理方法实现控制，其工作过程包括模糊化、模糊推理和去模糊化三个步骤。模糊控制器设计的关键是构建合适的模糊规则库。规则通常采用IF-THEN形式表达，如IF误差为正大且变化率为负大，THEN控制输出为正中。规则库可以基于专家经验或现有控制策略建立，通常需要经过实践检验和优化调整，以获得最佳控制效果。在电机控制中，模糊控制常与PID控制结合使用，形成模糊PID控制器。这种控制器可以根据偏差和偏差变化率，自适应调整PID参数，提高系统的鲁棒性和适应性。模糊控制的优点是不需要精确的数学模型，对非线性、时变系统有较好的控制效果；缺点是设计过程依赖经验，理论分析较困难。6.4神经网络控制器设计网络结构神经网络控制器的结构设计是首要步骤，包括网络类型选择、层数确定和神经元数量设