基于内模控制的双闭环直流调速系统的调节器设计

《基于内模控制的双闭环直流调速系统的调节器设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第巧卷第2期连云港化工高等专科学校学报Vol.15No.22002年6月JournalofLianyungangCollegeofChemicalTechnologyJun.2002文章编号:1008-3472(2002)02-0019-04基于内模控制的双闭环直流调速系统的调节器设计周渊深许玮(连云港化工高等专科学校江苏连云港222001)摘要根据内模控制原理.参照工程设计方法的步骤，设计了双闭环直流调速系统的电流调节器和转速调节器，并总结形成了1套用内模控制原理设计双闭环系统调节器的新设计方法。关键词内模控制双闭环控制直流调速中图分类号TP214文献标识码A双闭环直流调速系统具有良好

2、的稳态和动态性能，其转速电流双闭环控制回路不仅在直流调速系统中得到广泛应用，在串级调速、脉宽调速系统中也应用广泛.目前，双闭环系统的转速电流调节器通常采用PI调节器结构，按工程设计方法设计，一般也能满足大多数工业传动系统的要求.但是，有些高性能系统要求起制动超调小、动态速降小、恢复时间短，则需采用更为先进的控制策略.1982年Greia和Morai提出的内模控制方法，设计原理简单、参数整定直观、系统鲁棒性(Robust)强、控制性能好，近年来已在许多控制领域得到广泛应用.在直流调速系统中，也已应用于转速调节器的设计[2,31，但还没有形成1套完整设计方法。本文参照多环系统的设计原则，形成

3、了1套用内模控制原理设计电流调节器和速度调节器的方法，分别设计了电流和转速调节器。理论分析和计算机仿真结果表明，用此法设计的转速、电流调节器参数调整方便，性能优于按工程设计方法设计的常规PI调节器，能满足高性能传动系统的要求。1内模控制(InternalModelControl)系统的特点[41常用的反馈控制系统结构如图1所示.图中C(s)为控制图1一般反馈控制框图器，P(S)为被控对象，D(s)为不可测干扰。从图1可以看出，反Fg.lClassiccontrolsystemstructure馈信号直接从系统输出，使不可测干扰对输出的影响与其它因素混在一起，得不到及时补偿，影响控制效果.

4、如果将反Q(SD(s)IBS)七气馈控制结构变成内模控制结构(如图2所示)，图2中斌,S)为被控对象的内模，Q(S)表示图中虚线框的等效控制器，则有L匕哩妙士卫Q(s)=C(s)/[1+M(s)C(S)]或C(S)=Q(S)/[1一M(s)Q(s)l。一般称C(s)为反馈控制器，Q(S)为内模控制器.图2等效内模控制框图图1图2比较可以看出，在具有内模控制结构的系统中，Fg.2EquivalentIMCsystemstructure收稿日期:2001-09-27作者简介:周渊深(1962一，在读博士生，副教授，主要从事电力电子与电力传动等面的研究。.20.连云港化工高等专科学校学报第巧卷

5、由于引人了内部模型，反馈量已有原来的输出量变为扰动量。当模型M(s)与对象P(s)失配时，反馈信息中除扰动量外，还包含模型失配的某些信息，从而有利于控制系统的抗扰设计，增强系统的鲁棒性[41由图1,2可得P(s)Q(s)R(s)[1一M(s)Q(s)]D(s)P(s)C(s)R(s)D(s)冷)(1)1+Q(s)[P(s)一M(s)]+1+Q(s)[P(s厂-M(s)]=1+P(S)C(s)+1+P(s)C(s)’由此可知:当模型与对象匹配(即P(s)=M(s))时，若选择Q(s)=M-'(s)，且该系统可实现，贝1(1)式变为Y(s)=R(s)，此时系统的输出始终等于输人，不受任何干扰

6、，具有较强的鲁棒性。2基于内模控制原理的双闭环电流、转速调节器设计方法和步骤2.1内模控制器的设计方法与步骤内模控制的上述特性是在假定对象模型M(s)准确的情况下得到的，这在实际中很难保证。因此设计时，通常采用2步走的方法。先设计1个稳定的理想控制器;然后再加人低通滤波器F(s),通过调整F(s)的结构和参数来稳定系统，获得期望的动态品质和鲁棒性.(1)稳定控制器设计.若M(s)为具有纯时延的非最小相位系统，则将其分解为M(s)=M+(s)M_(s)，式中M_(s)为含有纯时延和不稳定零点的部分;从(s)为最小相位部分。为保证控制器可实现取Q}(s)=板'(s)凡(s),F}(s)为可实

7、现因子。(2)滤波器设计原则.滤波器的作用是当模型失配时使闭环系统保持稳定，以获得期望的动态特性，通过适当选取滤波器的结构和参数，有效地抑制干扰，增强系统的鲁棒性.经过综合考虑，1个优化的内模控制器可表达为:Q(s)=M+'(s)F(s)，式中:F(s)包含了可实现因子和滤波器的功能。如果对象模型精确，加人滤波器后系统输出为:Y(s)=F(s)R(s)+[1一F(s)]D(s)。2.2基于内模控制的转速、电流双闭环直流调速系统的调节