毛丁輝，邱建琪，史涔溦

(浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江杭州310027)

0 引言

近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，交流伺服控制在伺服控制領(lǐng)域逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位，交流電機(jī)特別是異步電機(jī)在伺服控制中得到了廣泛應(yīng)用［1］。

在小型異步電機(jī)控制系統(tǒng)中，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一般是電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，因此負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化能夠?qū)ο到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生顯著影響。例如，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，在傳送物體時(shí)電機(jī)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)發(fā)生較大變化，如果不能實(shí)時(shí)辨識(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量并整定控制參數(shù)，會(huì)顯著影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能［2］。因此，對(duì)異步電機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行辨識(shí)并實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)自整定是提高系統(tǒng)性能的有效手段［3］。

在電機(jī)參數(shù)自整定領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量研究。文獻(xiàn)［4］提出一種PID 參數(shù)模糊自整定控制策略，利用模糊控制規(guī)則對(duì)永磁同步發(fā)電機(jī)伺服系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)自整定，取得了較好的仿真效果;文獻(xiàn)［5-6］利用慣性系統(tǒng)幅頻響應(yīng)提出一種基于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)的參數(shù)自整定策略，取得較好的辨識(shí)效果，但缺少自整定部分的實(shí)驗(yàn)研究。

本研究采用改進(jìn)最小二乘法辨識(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，基于辨識(shí)結(jié)果設(shè)計(jì)參數(shù)自整定系統(tǒng)，并利用dSPACE設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以證明該系統(tǒng)能顯著改善負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量頻繁變化異步電機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

1 異步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)原理

異步電機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程可以表示為:

式中:J—系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ωr—電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度，Te—電機(jī)的輸出電磁轉(zhuǎn)矩，TL—負(fù)載轉(zhuǎn)矩，B—阻尼系數(shù)。

一般而言，電機(jī)的阻尼與電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩相比很小，因此忽略電機(jī)的阻尼轉(zhuǎn)矩，并將式(1)離散化得:

式中:T—采樣周期。

通常參數(shù)辨識(shí)的采樣周期很短，在如此短的時(shí)間內(nèi)負(fù)載的變化可以忽略不計(jì)，因此將式(2)減去式(3)并忽略負(fù)載變化，可得:

式(4)即為最小二乘辨識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)形式，運(yùn)用帶遺忘因子的最小二乘法即可進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)，但遺忘因子會(huì)引起辨識(shí)結(jié)果波動(dòng)，影響辨識(shí)速度。文獻(xiàn)［7］對(duì)上述方法加以改進(jìn)，加快辨識(shí)速度，取得一定仿真效果，但仿真設(shè)置的辨識(shí)采樣周期為10 μs，這在實(shí)際應(yīng)用中需加以改進(jìn)。一方面采樣過(guò)快會(huì)增加運(yùn)算量，加重硬件負(fù)擔(dān)，另一方面過(guò)短的采樣周期可能會(huì)引入噪聲干擾信號(hào)，影響辨識(shí)?；谏鲜隹紤]，本研究在文獻(xiàn)［7］的思想基礎(chǔ)上，完善算法結(jié)構(gòu)流程，選用合理的采樣周期100 μs，使該算法適用于實(shí)際硬件系統(tǒng)，并提高了算法魯棒性。

改進(jìn)型最小二乘辨識(shí)流程圖如圖1所示。E0是辨識(shí)誤差給定，輸出誤差E≤E0時(shí)認(rèn)為辨識(shí)結(jié)果穩(wěn)定。程序啟動(dòng)時(shí)輸出結(jié)果波動(dòng)，算法處于跟蹤狀態(tài)，開(kāi)關(guān)K 斷開(kāi)，檢測(cè)單元工作而后續(xù)的判斷單元不工作。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，算法的辨識(shí)結(jié)果趨于穩(wěn)定，E≤E0時(shí)認(rèn)為結(jié)果達(dá)到了第一次穩(wěn)定，閉合開(kāi)關(guān)K 以啟動(dòng)判斷單元。其后若待辨識(shí)量發(fā)生變化，則辨識(shí)結(jié)果跟蹤實(shí)際值，誤差輸出E ＞E0，判斷單元立即動(dòng)作并觸發(fā)算法重初始化，清空原先的輸入數(shù)據(jù)與輔助辨識(shí)矩陣，開(kāi)始辨識(shí)新的待辨識(shí)量。同時(shí)為了避免無(wú)效的重初始化，在初始化同時(shí)切斷開(kāi)關(guān)K。至此完成一個(gè)辨識(shí)周期，不斷循環(huán)上述步驟，即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的辨識(shí)。

圖1 改進(jìn)型最小二乘辨識(shí)流程框圖

2 異步電機(jī)參數(shù)自整定原理

由異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型可知，籠型異步電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部短路，定子電壓方程可以表示為:

定轉(zhuǎn)子q 軸磁鏈方程:

式中:usd，usq，ψsd，ψsq—定子dq 軸電壓和磁鏈;isd，isq，irq—定轉(zhuǎn)子dq 軸電流;Ls，Lr—定轉(zhuǎn)子自感;Lm—定轉(zhuǎn)子互感;Rs—定子電阻;ω1—同步速;p—微分算子。聯(lián)立式(5，6)，得:

式(8)表示設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)的電機(jī)定子近似傳遞函數(shù)。同理，可以寫(xiě)出逆變器的簡(jiǎn)化傳遞函數(shù):

式中:uin，uout—逆變器的輸入、輸出電壓;KV，TV—逆變器電壓輸出比例系數(shù)及等效時(shí)間常數(shù)。

電流環(huán)采用PI 調(diào)節(jié)器時(shí)，基于式(8，9)可以求出電流環(huán)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù):

式中:Kip，Ti—電流環(huán)調(diào)節(jié)器等效參數(shù)。為簡(jiǎn)化表達(dá)式，令:

則式(10)可以表示為:

電流環(huán)的PI 參數(shù)可以按照需求來(lái)選定，因此依據(jù)零極點(diǎn)對(duì)消原理，可以選取合適的電流環(huán)PI 參數(shù)使得Ti=Tm，在這種情況下式(11)簡(jiǎn)化為:

式中:TV—逆變器的等效時(shí)間常數(shù)。

一般逆變器的開(kāi)關(guān)頻率很高，在考慮電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)時(shí)，可以忽略開(kāi)關(guān)器件帶來(lái)的延時(shí)，從而將電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)降階為:

異步電機(jī)雙閉環(huán)控制采用的是級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，基于式(13)所示的電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)，可以寫(xiě)出速度環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下:

式中:τi—電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)，τi=1/K';Kp，Ki—速度環(huán)PI 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)與積分系數(shù);KT—轉(zhuǎn)矩常數(shù);J—系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。如果令:

則轉(zhuǎn)速環(huán)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)可以簡(jiǎn)寫(xiě)為:

式(16)表明，在上述假設(shè)和簡(jiǎn)化下，雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)的外環(huán)速度環(huán)可以視為典型的Ⅱ型系統(tǒng)。針對(duì)該Ⅱ型系統(tǒng)，根據(jù)經(jīng)典的控制理論，工程上為了使系統(tǒng)獲得較好的穩(wěn)定性和較快的響應(yīng)速度，一般要求［8-10］:

如果采用上述工程參數(shù)整定方法，聯(lián)立式(15，17)可得:

考慮速度環(huán)的整定時(shí)，上式中的KT，τi均是常數(shù)，速度環(huán)PI 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)均和系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比。因此，在負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量發(fā)生變化時(shí)，原先的速度環(huán)PI 參數(shù)就不再適用，應(yīng)根據(jù)式(18)作參數(shù)的重新整定，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

3 異步電機(jī)參數(shù)自整定系統(tǒng)仿真

本研究基于上述異步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)與自整定理論，在Matlab/Simulink 中搭建仿真模型。自整定系統(tǒng)的仿真框圖如圖2所示。首先由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)模塊辨識(shí)出結(jié)果并送入自整定模塊，后者根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值自動(dòng)整定速度環(huán)PI 參數(shù)。

圖2 異步電機(jī)參數(shù)自整定系統(tǒng)仿真框圖

為驗(yàn)證上述改進(jìn)型遞推最小二乘辨識(shí)法，筆者設(shè)計(jì)仿真過(guò)程為異步電機(jī)空載起動(dòng)，t =0.4 s 突加負(fù)載轉(zhuǎn)矩1 N·m且系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由原先的0.013 kg·m2增加為0.04 kg·m2。普通最小二乘法與改進(jìn)最小二乘法辨識(shí)結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，兩種辨識(shí)方法在第一次辨識(shí)時(shí)并沒(méi)有差別，這是因?yàn)楦倪M(jìn)型最小二乘辨識(shí)的重初始化單元在辨識(shí)結(jié)果到達(dá)第一次穩(wěn)定前并沒(méi)有投入使用。t =0.4 s 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量發(fā)生變化時(shí)，普通最小二乘辨識(shí)法在0.55 s 左右跟蹤上新的實(shí)際值，辨識(shí)時(shí)間為0.15 s，而改進(jìn)型最小二乘辨識(shí)法耗時(shí)僅0.03 s，所需時(shí)間是普通最小二乘辨識(shí)法的1/5。

上述仿真結(jié)果說(shuō)明，利用改進(jìn)型最小二乘法辨識(shí)異步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，動(dòng)態(tài)響應(yīng)比普通最小二乘法快，能夠更快地收斂到新的實(shí)際值，算法改進(jìn)效果顯著。

基于上述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)結(jié)果，為驗(yàn)證自整定理論，筆者依據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是否變化和速度環(huán)PI 參數(shù)是否整定將仿真分為4 組，參數(shù)自整定系統(tǒng)仿真組設(shè)定如表1所示。仿真過(guò)程設(shè)定為電機(jī)空載起動(dòng)，0.5 s 后突加負(fù)載轉(zhuǎn)矩2 N·m，t=0.9 s 時(shí)突減負(fù)載轉(zhuǎn)矩2 N·m 至空載運(yùn)行。

圖3 兩種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)算法仿真結(jié)果圖

表1 參數(shù)自整定系統(tǒng)仿真組設(shè)定

a 組和b 組全過(guò)程轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持不變，兩組的速度環(huán)PI 參數(shù)也保持恒定，唯一的區(qū)別在于保持恒定的值不同，b 組的(3kp，3ki)是因?yàn)榧虞d后轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大為原先的3 倍，設(shè)置該組的目的是與自整定組d 組形成對(duì)照。c 組和d 組在突加突減2 N·m 負(fù)載的同時(shí)突加突減ΔJ=0.026 kg·m2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，兩組的區(qū)別在于c 組的速度環(huán)PI 參數(shù)保持恒定，而d 組的速度環(huán)kpki隨著轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化，即突加負(fù)載后速度環(huán)PI 參數(shù)由原先的(kp，ki)增大為(3kp，3ki)，t =0.9 s 后辨識(shí)出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量突減后，速度環(huán)PI 參數(shù)減小為初始值。

4 組自整定仿真的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線(xiàn)如圖4所示。圖4(a)表示在初始情況下系統(tǒng)只改變負(fù)載轉(zhuǎn)矩，突加負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速掉落約0.8 s 后回升至給定轉(zhuǎn)速，突減負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速超出約0.7 s 后回落至給定轉(zhuǎn)速。

圖4 自整定仿真負(fù)載變化轉(zhuǎn)速響應(yīng)

圖4(b)組說(shuō)明自整定系統(tǒng)的動(dòng)作響應(yīng)必須跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化，如果在突加負(fù)載轉(zhuǎn)矩但轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變的情況下，人為將速度環(huán)PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)增大為原先的3 倍，則會(huì)引起穩(wěn)態(tài)時(shí)速度較大的波動(dòng)。突減負(fù)載轉(zhuǎn)矩后，由于沒(méi)有自整定系統(tǒng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了振蕩，說(shuō)明在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變的情況下，簡(jiǎn)單地將速度環(huán)PI 參數(shù)增大并不能獲得更好的動(dòng)態(tài)穩(wěn)態(tài)性能。

考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的突加突減如圖4(c)所示，突加后系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是原先的3 倍，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速的掉落和圖4(a)相比較小，只掉落至約398 r/min，也正是因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)慣量變大，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢，轉(zhuǎn)速在波動(dòng)0.13 s后穩(wěn)定在給定值。

在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化的情況下引入?yún)?shù)的自整定，如圖4(d)組電機(jī)轉(zhuǎn)速所示，突加負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量后，電機(jī)轉(zhuǎn)速掉落至約398 r/min，隨后由于自整定系統(tǒng)動(dòng)作，速度環(huán)PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)增大為原先的3 倍，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速在波動(dòng)0.07 s 后即穩(wěn)定到給定值，波動(dòng)時(shí)間和不帶自整定系統(tǒng)相比減少46.2%。PI 參數(shù)的增大有助于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但也會(huì)帶來(lái)穩(wěn)態(tài)時(shí)的波動(dòng)。由于負(fù)載大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能夠在一定程度上抑制轉(zhuǎn)速的變化，在增加系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的同時(shí)也增強(qiáng)了系統(tǒng)抑制穩(wěn)態(tài)波動(dòng)的能力，從而拓寬了PI參數(shù)的選擇范圍，使得選取一組既能獲得快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，又不會(huì)引起過(guò)大穩(wěn)態(tài)波動(dòng)的參數(shù)成為可能。突減負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量后，速度環(huán)PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)減小為初始值(kp，ki)，速度響應(yīng)曲線(xiàn)與c 組相同，避免轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小后因控制參數(shù)選擇不當(dāng)而引起的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速波動(dòng)。

上述仿真結(jié)果表明，基于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)的參數(shù)自整定策略能夠有效地改善電機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，同時(shí)避免較大的穩(wěn)態(tài)波動(dòng)。

4 參數(shù)自整定系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

該實(shí)驗(yàn)圍繞dSPACE 設(shè)備搭建半實(shí)物電機(jī)控制仿真系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主控電路如圖5所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)dSPACE 設(shè)備和外圍電路實(shí)物圖

本研究在自整定系統(tǒng)仿真中，設(shè)計(jì)了在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下突加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的仿真方案。實(shí)際實(shí)驗(yàn)受條件限制，在電機(jī)已有轉(zhuǎn)速的情況下突加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較為困難。因此筆者考慮設(shè)計(jì)4 組實(shí)驗(yàn)相互對(duì)照以驗(yàn)證自整定系統(tǒng)的有效性，實(shí)驗(yàn)組設(shè)置如表2所示。

表2 參數(shù)自整定系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組設(shè)定

實(shí)驗(yàn)a 組、b 組空載起動(dòng)，c 組、d 組在電機(jī)轉(zhuǎn)子上加裝一個(gè)固定圓盤(pán)后空載起動(dòng)。原電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.013 kg·m2，加裝圓盤(pán)后轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.041 kg·m2，組別間PI 參數(shù)倍數(shù)關(guān)系簡(jiǎn)化起見(jiàn)以3 倍計(jì)。各組電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后突加突減相同負(fù)載。

辨識(shí)結(jié)果如圖6所示。未加圓盤(pán)時(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)際值0.013 kg·m2，辨識(shí)值0.013 8 kg·m2，相對(duì)誤差約為6.2%。加裝圓盤(pán)后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)際值0.041 kg·m2，辨識(shí)值0.042 kg·m2，相對(duì)誤差約為2.4%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)型最小二乘辨識(shí)法能夠應(yīng)用于實(shí)際電機(jī)系統(tǒng)，可快速辨識(shí)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，且辨識(shí)結(jié)果相對(duì)誤差隨待辨識(shí)量增大而減小。

圖6 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

電機(jī)轉(zhuǎn)速波形如圖7、圖8所示。a 組電機(jī)起動(dòng)后約1.5 s 達(dá)到給定轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定后波動(dòng)幅度小于10 r/min。t=4.5 s 突加負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速掉落至370 r/min，經(jīng)過(guò)約3.5 s 波動(dòng)后轉(zhuǎn)速回升至給定轉(zhuǎn)速。t=14.5 s 電機(jī)突減負(fù)載至空載運(yùn)行，轉(zhuǎn)速上升至447 r/min，經(jīng)約1 s波動(dòng)后回落至給定轉(zhuǎn)速。a 組電機(jī)在整個(gè)突加突減負(fù)載過(guò)程中均有較好的動(dòng)態(tài)穩(wěn)態(tài)性能，說(shuō)明該組的控制參數(shù)(包括速度環(huán)PI 參數(shù))適用于當(dāng)前的電機(jī)系統(tǒng)。

圖7 自整定實(shí)驗(yàn)a 組b 組轉(zhuǎn)速響應(yīng)

b 組電機(jī)轉(zhuǎn)速在起動(dòng)過(guò)程中有小幅振蕩，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，振蕩幅度約為40 r/min，電機(jī)運(yùn)行有明顯噪聲。突加負(fù)載后，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)減小，這是因?yàn)榧虞d后電流增大，各種擾動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響減小，降低了速度環(huán)調(diào)節(jié)難度。但在t=13.5 s 突減負(fù)載至空載運(yùn)行后，電機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速恢復(fù)震蕩且運(yùn)行有明顯噪聲。上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程說(shuō)明在當(dāng)前電機(jī)系統(tǒng)中，速度環(huán)PI 參數(shù)設(shè)置不合理，與d 組增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量后參數(shù)自整定作對(duì)比。

圖8 自整定實(shí)驗(yàn)c 組d 組轉(zhuǎn)速響應(yīng)

c 組電機(jī)起動(dòng)后約1.5 s 穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速。t =5 s突加負(fù)載，由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速掉落為20 r/min，小于a 組的30 r/min。經(jīng)過(guò)5s 波動(dòng)后轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定，回升過(guò)程有明顯超調(diào)。t=15 s 突減負(fù)載，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升至416 r/min 后回落到給定轉(zhuǎn)速。

d 組電機(jī)起動(dòng)后約1.2 s 后穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速。t =4.2 s突加負(fù)載，由于自整定系統(tǒng)已將d 組速度環(huán)PI 參數(shù)整定為(3kp，3ki)，在突加負(fù)載轉(zhuǎn)矩后電機(jī)轉(zhuǎn)速掉落僅為8 r/min，約為不整定組c 組的40%。波動(dòng)時(shí)間約為3 s，是不整定組c 組的60%，且無(wú)明顯超調(diào)。t=14.5 s 突減負(fù)載至空載運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升至408 r/min 后回落至給定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速超出給定小于c 組的416 r/min。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)(a 組)一組合適的速度環(huán)PI 參數(shù)在附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量后，通過(guò)參數(shù)自整定可以有更優(yōu)的選擇(d 組)，從而獲得比不整定(c 組)更好的動(dòng)態(tài)性能，而這種整定的前提必須是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的改變，如果轉(zhuǎn)動(dòng)慣量沒(méi)有發(fā)生變化(b 組)而人為地整定控制參數(shù)，則可能引起轉(zhuǎn)速振蕩等不良現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本研究所述的異步電機(jī)自整定系統(tǒng)有效且具有可行性，能夠改善電機(jī)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量發(fā)生變化時(shí)的動(dòng)態(tài)性能。

5 結(jié)束語(yǔ)

本研究介紹了一種基于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)的異步電機(jī)參數(shù)自整定系統(tǒng)。從異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型出發(fā)，建立了雙閉環(huán)系統(tǒng)速度環(huán)PI 調(diào)節(jié)器參數(shù)與系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)聯(lián)式。

為了優(yōu)化電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，本研究設(shè)計(jì)參數(shù)自整定系統(tǒng)，并利用Simulink 和dSPACE 設(shè)備進(jìn)行了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該自整定系統(tǒng)適用于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量頻繁變化的場(chǎng)合，能夠加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，優(yōu)化控制性能。

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