数字化直流PWM控制系统的设计管式换热器

数字化直流PWM控制系统的设计

数字化直流PWM控制系统的设计 2011年12月09日 来源： Design for Data DC PWM Controlling SystemShang Anli Liu Lingshun Gu Wenjin(Naval Aeronautical Engineering Academy,Yantai,264001)Abstract: In this paper, A new DC PWM adaptive variable structure controller using in steering engine is designed. The nonlinear feedback technology is adopted. The controlling system is fast, accurate,,robust from the theory analysis and experiment.Key word: DC PWM server system adaptive variable structure controller nonlinear feedback1 引 言变结构控制具有响应速度快，超调小，结构简单的优点，特别对外界干扰和参数摄动具有强鲁棒性[1]。近年来在交、直流拖动中得到广泛应用[2，3]。但由于滑模变结构控制系统存在抖振问题，致使它在交、直流拖动中的应用效果并不十分理想[4]，存在稳态精度不高等问题。从一般变结构控制相平面轨迹图可以看出，其运动过程分成三个部分，即趋近运动、滑动模态、稳态误差[1]。其中在趋近运动状态，系统的运动仍然受外界干扰和参数摄动的影响。同时，由于稳态误差的存在，使得系统的稳态精度不高（存在抖振现象），抖振会在系统中形成干扰，它还可能把系统中常常存在的未建模的抖振成分激励起来，这样就可能引起很大的干扰，甚至使系统不稳定。同时抖振也增加了控制器的负担，容易损坏控制器件和被控器件[5]。为了克服上述不足，本文采用一种新型自适应变结构控制器，采用平滑函数法消除变结构控制给系统造成的抖动现象。同时，为了提高系统抑制扰动的能力和消除稳态误差，还在系统中引入了非线性环节。数字仿真和实验表明，该控制器可以使系统获得极为优良的动态和静态性能。该设计方法简单，易于实现数字控制，是一种较为完善的位置控制器。2 新型位置控制器的设计由于中小功率随动系统的电机电枢电阻比较大，或者允许过载倍数较高（如小惯性电机等），可以不必过多地限制过渡过程中的电流；另外，在控制回路中，采用适当的限压环节，对系统也有保护作用，因此，为了提高系统的快速性，采用了只有位置反馈的单环结构[6]。图1为某舵系统结构框图，是一种模拟直流PWM的伺服系统，该系统存在响应速度较慢、精度低、抗干扰能力弱等问题。为了克服这些缺点，利用自适应变结构控制算法对其进行数字化改造，图2为改造后的结构框图。为了对比说明，还做了原舵系统的直接数字化的实验（其结构框图为图2中无“自适应变结构控制算法”，系统误差直接经“限压环节”处理）。在图2中，为了保证原系统的输入与输出比=0.5，比例环节4.67；驱动电路的放大倍数为=33.33，其输入信号范围为-10~10伏，输出功率电压范围为-25~25伏。对舵机部分的数学模型进行简化，得到图3所示的框图。根据实验测得直流电动机传递系数=845~1135（度/秒· 伏），电动机机电时间常数=0.007（秒），位置反馈电位计0.107（伏/度）。对于一般变结构的系统，其切换函数为 (1)其中C的取值应满足滑模区的存在性条件和可达条件。根据文献[6]分析的结果，给出图2系统自适应变结构控制器的切换函数为：(2) （2）其中 为系统误差，。根据上述切换函数可知，在系统开始运动时，系统误差较大，切换线斜率较小，使

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