【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 控制作用發(fā)生影響，沒(méi)有自動(dòng)修正或補(bǔ)償?shù)哪芰?。只能用于?duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度要求不高的簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，而在要求比較高時(shí)，開(kāi)環(huán)控制就受到很大的局限。因此，一般都采用閉環(huán)控制來(lái)解決相應(yīng)的問(wèn)題。閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，通過(guò)反饋使系統(tǒng)的精確度提高，響應(yīng)時(shí)間縮短，適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定性要求較高的系統(tǒng)。閉環(huán)控制有助于提高系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，從而提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)[6]。 開(kāi)環(huán)調(diào)速控制開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器的輸出沒(méi)有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴(lài)將被控量反送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。當(dāng)控制指令發(fā)出后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照指令執(zhí)行，控制對(duì)象的響應(yīng)情況由運(yùn)行人員自行監(jiān)視。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制電壓直接控制電機(jī)觸發(fā)電路。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中沒(méi)有反饋信號(hào)，而電機(jī)在帶載的一瞬間要有一個(gè)做功的過(guò)程，也就是建立系統(tǒng)帶載狀態(tài)下的穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程，這部分功需要增大電機(jī)的電流來(lái)補(bǔ)償，同時(shí)也會(huì)犧牲一部分動(dòng)能，也就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以產(chǎn)生了靜態(tài)速降。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)靜特性差，在轉(zhuǎn)矩變化的情況下轉(zhuǎn)速變化大，不利于電機(jī)平穩(wěn)地運(yùn)行。無(wú)刷直流電機(jī)的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)如圖31所示功率驅(qū)動(dòng)電路PWM控制器UdcBLDCM圖31 無(wú)刷直流電機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)調(diào)速控制閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。無(wú)刷直流電機(jī)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖，如圖32所示。PWM三相逆變器電流調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器位置和速度傳感器BLDCMnrefniqefUDC圖32 無(wú)刷直流電機(jī)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖圖32中，nref為給定速度，n為反饋速度iqef為速度調(diào)節(jié)器輸出的電流。該圖所示的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)由電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)組成，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的作用如下:（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用a轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使輸出轉(zhuǎn)度能很快的跟隨給定速度的變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)減小穩(wěn)態(tài)誤差；b對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用，抑制速度波動(dòng)；c它的輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。（3）電流調(diào)節(jié)器的作用a作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，它的作用使電流緊緊跟隨外環(huán)輸出的變化；b對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用；c在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；d當(dāng)電機(jī)過(guò)載堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用，一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能，主要是抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)的性能。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流的反饋得到及時(shí)調(diào)節(jié)。另外，負(fù)載擾動(dòng)是在電流環(huán)之后產(chǎn)生，因此可以靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)?？芍?，使用雙閉環(huán)控制可以使系統(tǒng)的抗擾性能得到很大地改善。 無(wú)刷直流電機(jī)的控制策略在電機(jī)的控制中，不僅要求系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，還要對(duì)指令信號(hào)有很好的跟蹤能力，盡快與指令信號(hào)保持一致。即使受到擾動(dòng)，也能正常運(yùn)行，及時(shí)準(zhǔn)確達(dá)到指令值。這就要求電機(jī)必須采用較好的控制策略，提高整個(gè)系統(tǒng)的魯棒性。對(duì)于控制系統(tǒng)的要求，通?？梢杂梅€(wěn)定性、精確性、快速性和抗擾性等幾個(gè)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的性能指標(biāo)來(lái)描述。這幾個(gè)性能指標(biāo)，在同一系統(tǒng)中有可能相互制約。不同的控制對(duì)象對(duì)系統(tǒng)的要求也不一樣，因此對(duì)系統(tǒng)應(yīng)有所側(cè)重，才能有效地達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。 PID控制特點(diǎn)在電機(jī)控制中有很多控制方法，比如PID調(diào)節(jié)、卡爾曼濾波和模糊控制等。PID控制器成形的時(shí)期是在20世紀(jì)20年代一40年代，由于當(dāng)時(shí)科學(xué)水平的限制，只能用簡(jiǎn)單的模擬器件來(lái)實(shí)現(xiàn)PID反饋律。現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷更新?lián)Q代，PID控制已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)了模擬PID控制向數(shù)字PID控制的轉(zhuǎn)換[7]。因?yàn)镻ID控制具有應(yīng)用簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便等特點(diǎn)，因此在實(shí)際生產(chǎn)中這是一種比較常用的方法。如圖33所示是一種運(yùn)用PID控制器設(shè)計(jì)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)。PID控制器n(t)e(t)u(t)nr(t)直流電機(jī)圖33 直流電機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)圖33可以看出，使用PID控制器的主要目的就是獲取到電機(jī)內(nèi)部給定轉(zhuǎn)速n(t)與電機(jī)系統(tǒng)實(shí)際轉(zhuǎn)速nr(t)的差值即e(t)后進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后輸出一個(gè)信號(hào)u(t)，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理后，就能夠控制直流電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。PID控制原理圖如圖34比例積分微分被控對(duì)象r(t)e(t)u(t)y(t)圖34 PID控制原理圖r(t)是系統(tǒng)設(shè)定的給定值，y(t)是給定系統(tǒng)輸出的真實(shí)值，e(t)是系統(tǒng)給定值與實(shí)際輸出值相減得到的偏差值。PID控制具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)控制原理簡(jiǎn)單，使用方便，并且己經(jīng)形成了一套完整的參數(shù)設(shè)計(jì)和參數(shù)整定方法，很容易為工程技術(shù)人員所掌握。(2)通過(guò)對(duì)各參數(shù)的適當(dāng)一調(diào)整，可以達(dá)到很好的控制效果。(3)適應(yīng)性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。(4)可以根據(jù)不同的需要，針對(duì)自身的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，形成一系列改進(jìn)的算法。 PID參數(shù)的功能下面分析一下PD控制器相應(yīng)的三個(gè)參數(shù)各自的主要作用與功能:(1)首先是比例環(huán)節(jié)，它的主要作用是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的控制量偏差做出反應(yīng)，并進(jìn)行快速調(diào)節(jié)。當(dāng)有偏差信號(hào)產(chǎn)生，比例控制器就會(huì)開(kāi)始進(jìn)行調(diào)節(jié)工作，使該偏差信號(hào)逐漸減小。同時(shí)比例系數(shù)的大小將會(huì)直接影響系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，雖然通過(guò)調(diào)節(jié)它能立刻得到糾正的輸出值，但是它不能讓該輸出值在理想的狀態(tài)下穩(wěn)定下來(lái)，所以說(shuō)比例系數(shù)過(guò)大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)，破壞系統(tǒng)的可靠性。(2)其次是積分環(huán)節(jié)，它的主要作用是使系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的偏差累積成為輸出量，并且進(jìn)行調(diào)節(jié)。因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中必然會(huì)有偏差的產(chǎn)生，只要偏差信號(hào)出現(xiàn)，該輸出量經(jīng)過(guò)積分處理后因其累積作用會(huì)出現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。當(dāng)偏差信號(hào)為零時(shí)輸出量才能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)不變。在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上積分系數(shù)能減小輸出的余差，因此積分調(diào)節(jié)器能夠修整系統(tǒng)工作中的誤差，不過(guò)積分系數(shù)設(shè)置太大會(huì)導(dǎo)致該環(huán)節(jié)累積作用變?nèi)酰茐南到y(tǒng)可靠性。(3)最后是微分環(huán)節(jié)，它的主要作用是避免系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的偏差信號(hào)不斷波動(dòng)。也就是說(shuō)它是通過(guò)偏差的變化速率進(jìn)行調(diào)節(jié)的，偏差變化速率加快的時(shí)候，微分控制器的控制輸出隨之加大，因此能在偏差變大之前進(jìn)行調(diào)節(jié)。微分系數(shù)的大小具有控制超前的作用，當(dāng)微分系數(shù)設(shè)置得當(dāng)?shù)臅r(shí)候，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性能夠得到明顯改變。需要注意的是積分環(huán)節(jié)對(duì)于那些輸入信號(hào)存在噪聲的對(duì)象是比較敏感，當(dāng)系統(tǒng)存在較大的干擾和噪聲時(shí)通常不使用微分