交流变频容积调速回路的特性与速度控制高密

交流变频容积调速回路的特性与速度控制

交流变频容积调速回路的特性与速度控制 2011年12月09日 来源： 1　交流变频容积调速回路简介　　变频调速传动是现代电气传动的主要发展方向之一，交流异步电机变频调速系统 ，具有结构简单、坚固耐用、动态响应好、工作效率高等优点〔1〕。传统的液压容积调速是靠改变油泵或油马达的排量来调节系统的输出流量，从而达到控制执 行元件运行速度的目的。这种调速方法对各种干扰敏感，特别是在对执行元件运行速度要求 高的场合，往往需采用伺服变量机构，而伺服变量机构对油液过滤精度要求高，价格也昂贵 〔2〕。　　如果采用交流变频和液压容积调速组合成的交流变频容积调速回路，则可以把两者的优点结 合在一起，这种调速回路的特点是：调速范围宽、分辩率高、节能性好、抗污能力强、易于 实现计算机控制等。2　特性分析　　（1）变频器特性　　以较常用的SANKEN通用型数字式SAM-M电压型变频器为例，经测试，在基频以下时（低于 50Hz），变频器的输出频率和电压均与频率控制信号（此处为4～20mA电流信号）成线性关 系 ，在基频以上时（高于50Hz），变频器的输出频率与频率控制信号成线性关系，而电压不变 ，即基频以下是恒扭矩调节，基频以上是恒功率调节，考虑到油泵最低转速要求，将此最低 转速设置为对应4mA电流信号时的起始频率。　　（2）速度和回路刚度特性　　本文讨论变频控制的定量泵-定量马达系统，回路示意图见图1中虚线框内部分，回路泄 漏和外负载变化时，马达输出速度和回路刚度分别为：其中，λ=λp+λm+λL是回路总泄漏系数；　　Vp为泵排量；　　Xp、ΔXp分别是泵的调节系数和调节参数死区；　　ηpv、ηmv、ηlv、ηmm分别是泵、马达、管路的容积效率和马 达的机械效率；M是外负载。　　可见，回路泄漏和外负载对马达转速和刚度的影响是很大的，特别是在泵低速运转时。Nm 和 T随M变化的根本原因是由于负载的变化引起回路泄漏的变化，这也是交流变频容积调速回路 的缺陷，因此，要提高回路的速度稳定性和回路刚度，必须采取补尝措施。3　闭环交流变频容积调速控制系统　　系统结构示意图如图1所示：　图1　交流变频容积调速控制结构图　　说明：光电编码器分辩率为2500脉冲/转，利用它本身输出的两相相位差为90度的 信号和零位参考信号可形成四倍频电路，“信号处理”的作用是脉冲计数和定时，“控制器 ” 是本系统的核心，考虑到本系统不易建模的特点，故采用模糊控制器。4　模糊控制器　　它把实际控制经验总结成模糊规则，通过离线求出模糊控制规则表（见表1），存在计算机 里，进行在线控制。　　采用二维控制器，即根据速度变化和变化率来得出变频器的频率控制信号u：电流值。　　此处误差e取值（-20，20），误差变化ec取值（-50，50），u的变化范围Δu（-5，5 ）。表1　模糊控制规则表eec-6-5-4-3-2-10123456u-66665433321000-56655533321000-46655433220000-36555432210000-25444322100-1-1-1-144332110-1-1-2-2-203322110-1-1-2-2-3-31321110-1-1-2-3-3-3-4222110-1-2-2-3-3-3-4-431100-1-2-2-3-3-4-4-5-54100-1-2-3-3-4-5-5-5-6-65000-1-2-4-4-4-4-5-6-6-66000-2-4-4-4-5-6-6-6-6-6　　e、ec和u的模糊子集分别如下： 　　e={NL,NM,NS,ZE,PS,PM,PL}　　ec={NL,NM,NS,ZE,PS,PM,PL}　　u={NL,NM,NS,ZE,PS,PM,PL}　　模糊量的论域均取为：　　{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}　　各变量模糊隶属度表如表2所示：表2　各变量模糊隶属度表　-6-5-4-3-2-10123456PL0000000000104081PM000000000207100702PS00000000910070200ZE0000005100500000NS00020710090000000NM020710070200000000NL10080401000000000　　量化因子的选择采用自调整比例因子法，主要根据速度偏差变化率进行实时调 整。　　模糊规则：RI:If EisAIandECisBI, then UIisCI　　隶属函数为：μRi=μ(AI和BI→CI) (e,ec,Δu)=［μAi(e)和μBi (ec)］ →μCi(Δu)　　用max-min推理：αI=μAi(e)∧μBi(ec)　　　　去模糊用面积中心法：　　

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