直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)中控制電壓非線性研究

3．1．2 原因分析
比較圖3(a)可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速在0～1 500 r／min和4 000～5 000 r／min，端電壓平均值與轉(zhuǎn)速間存在的非線性，用二次曲擬合如圖3(b)所示，擬合相關(guān)系數(shù)較高。由圖3(a)可見，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為0時電機(jī)兩端電壓平均值約為1．3 V。這是因?yàn)殡姍C(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，摩擦力為靜摩擦力，靜摩擦力是非線性的。隨著外力的增加而增加，最大值發(fā)生在運(yùn)動前的瞬間。電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩和空載制動轉(zhuǎn)矩之和，由于本系統(tǒng)不帶負(fù)載，因此電磁轉(zhuǎn)矩為空載制動轉(zhuǎn)矩?？蛰d制動轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間此時是非線性的。電磁轉(zhuǎn)矩與電流成正比，電流又與電壓成正比，因此此時電壓與轉(zhuǎn)速之間是非線性的。
當(dāng)轉(zhuǎn)速在2 000～4 000 r／min線性關(guān)系較好，占空比的微小改變帶來的轉(zhuǎn)速改變較大，因此具有較好的調(diào)速性能。這是因?yàn)殡S著運(yùn)動速度的增加，摩擦力成線性的增加，此時的摩擦力為粘性摩擦力。粘性摩擦是線性的，與速度成正比，空載制動轉(zhuǎn)矩與速度成正比，也即電磁轉(zhuǎn)矩與電流成正比，電流又與電壓成正比，因此此時電壓與轉(zhuǎn)速之間是線性的。當(dāng)轉(zhuǎn)速大于4 000 r／min。由于超出了額定轉(zhuǎn)速所以線性度較差且調(diào)速性能較差。此時用二次曲線擬合結(jié)果較好，因?yàn)楫?dāng)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時，摩擦阻力小到可以忽略，此時主要受電機(jī)風(fēng)阻型負(fù)荷的影響，當(dāng)運(yùn)動部件在氣體或液體中運(yùn)動時，其受到的摩擦阻力或摩擦阻力矩被稱為風(fēng)機(jī)型負(fù)荷。對同一物體，風(fēng)阻系數(shù)一般為固定值。阻力大小與速度的平方成正比。即空載制動轉(zhuǎn)矩與速度的平方成正比，也即電磁轉(zhuǎn)矩與速度的平方成正比，電磁轉(zhuǎn)矩與電流成正比，電流又與電壓成正比，因此此時電壓與轉(zhuǎn)速之間是非線性的。
3．2 占空比與端電壓平均值關(guān)系
3．2．1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
擬合占空比與端電壓平均值關(guān)系曲線如圖4所示。相關(guān)系數(shù)R-square：0．998 4。擬合曲線方程為：

如圖4所示，占空比與端電壓平均值滿足拋物線方程。運(yùn)用積分分離的PID算法改變電機(jī)端電壓平均值，可以運(yùn)用此關(guān)系式改變占空比，從而實(shí)現(xiàn)了PWM調(diào)速。