CN101707465A - 电机电流环参数整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机电流环参数整定方法，提取电流上升时间、超调量和稳态电流值三个指标，根据指标，按照变化规律调整电流环参数。本方法不增加任何外界软、硬件，而是在原有电机驱动器内实现自整定，而且这个自整定也无需硬件成本，不受电机参数和驱动器电压供电点压影响；代码实现简单，参数收敛，自整定结果良好。需要整定时，只需要外部一个启动信号即可实现，也可以每次上电自动完成一次电流环参数整定，对于使用者专业水平要求大大降低。

Description

电机电流环参数整定方法

技术领域

本发明涉及电机驱动系统，特别是采用PI电流调节方式的全数字电机驱动器中，其电流环参数的整定方法。

背景技术

对于电机驱动器，做为内环的电流环的性能决定了位置环和(或)速度环性能，起关键作用。现有的全数字电机驱动系统主要是采用电位器调节参数或PC机配合相应专业调试软件来整定电机电流环参数。对于用电位器调节电流环PI参数(其中P参数是指比例控制信号参数、I参数是指积分控制信号参数)方式，因为电流环是内环，调节结果不直观，调节困难，不易于一般使用者掌握；而且因为电位器存在老化、松动等问题，使得其可靠性受到广泛质疑。采用PC机专业软件来调整电流环相对而言直观、易掌握，但是需要有一个PC机和通讯接口，而且每个驱动器都需要单独整定，对于很多场合费时费力。对于产品的维修更是困难。

发明内容

本发明就是为了解决现有技术中的上述问题，提出一种电机电流环参数整定方法，实现自整定，以达到操作简单，调整结果良好的目。

为此，本发明的电机电流环参数整定方法包括如下步骤：i、求PI参数初始值；ii、给定目标电流Iref，采样实际电流；iii、指标提取：对采样电流进行数据处理，提取电流上升时间、超调量和稳态电流值三个指标；iv、根据提到到的上述三个指标，按照变化规律调整电流环参数，即计算新的PI值。v、重复上面三个过程(ii～iv)，直到指标满足预定目标。

优选地，所述步骤i中计算PI参数初始值的方法如下：

i1、跟据母线电压，按照下述公式计算得到一个固定电压的占空比d％：

$d=\frac{u}{U_{\mathrm{DC}}}*T$

其中

d：输出PWM占空比

u：给定电压，一般固定为3～5V

U_DC：直流母线电压

T：输出PWM周期

i2、PWM控制器按照上述计算给定的占空比d％输出，同时在采样电阻R1上采样电机电流反馈，跟据电流上升率得到电机时间常数；

i3、按照电机时间常数，通过查PI参数与时间常数τ对应关系表得到电流环PI参数初始值。

进一步优选地，所述PI参数与时间常数τ对应关系表是按照不同的电机时间常数根据手动调节PI参数得到的结果取50％而得到的.

进一步优选地，所述步骤ii中目标电流是根据驱动器的额定电流参数得到的：取额定电流的10％～100％，实际取值为0.5A～2A。

进一步优选地，所述步骤iii中指标提取的方法如下：iii1、跟据上面得到的Iref，作电流阶跃响应，同时在采样电阻R1上采样电机电流反馈；iii2、分析数据，根据阶跃响应曲线获得电流上升时间、超调量和稳态电流值三个指标。

进一步优选地，所述步骤iv中，计算新的PI值的方法为：

iv1：若电流阶跃响应超调量不大于0，

(1)稳态值小于给定电流，则增大P；

(2)稳态值不小于给定电流，

③若是电流上升时间大于目标，则增大P、减小I；

④否则调节完毕；

iv2：若实际电流超调越限，

(1)稳态值等于给定电流，

①若电流上升时间小于目标，则减小P；

②若电流上升时间大于目标，则减小P、减小I；

(2)若稳态电流不等于目标电流，则减小P。

采用以上方法进行电机电流环参数整定，不增加任何外界软、硬件，而是在原有电机驱动器内实现自整定，而且这个自整定也无需硬件成本，不受电机参数和驱动器电压供电点压影响；代码实现简单(软件代码一般存在数字信号处理器(DSP)内的Flash内)，参数收敛，自整定结果良好。需要整定时，只需要外部一个启动信号(此启动信号可以是通过一个开关比如一个复用的拨码开关来提供)即可实现，也可以每次上电自动完成一次电流环参数整定，对于使用者专业水平要求大大降低。

附图说明

图1是本发明具体实施方式电机电流反馈采样点示意图；

图2是电机时间常示意图；

图3是阶跃响应曲线示意图；

图4是本发明具体实施方式流程图。

具体实施方式

本实施例的方案主要包含下面几个步骤：

i、求PI参数初始值；

ii、给定目标电流Iref，采样实际电流；

iii、数据处理和指标提取：提取电流上升时间、超调量和稳态电流值三个指标；

iv、根据指标，按照变化规律调整电流环参数；

v、重复上面三个过程(ii～iv)，直到指标满足预定目标。

具体实现如下：

首先，跟据母线电压，按照公式1计算得到一个固定电压(通常按照3～5V)的占空比d％：

$d=\frac{u}{U_{\mathrm{DC}}}*T$ (公式1)

其中

d：输出PWM占空比

u：给定电压，一般固定为3～5V

U_DC：直流母线电压

T：输出PWM周期

PWM按照上述计算给定的占空比d％输出，同时在采样电阻R1上(见图1)采样电机电流反馈，跟据电流上升率得到电机时间常数τ(见图2：τ＝t1-t0)。按照电机时间常数，通过查表(这个表可按照不同的电机时间常数根据手动调节PI参数得到的结果来取，本例中这个表是按照不同的电机时间常数根据手动调节PI参数得到的结果取50％写的)得到电流环PI参数初始值。

根据驱动器的额定电流参数，得到一个实现电流环PI参数配置的给定电流Iref(也就是上文中步骤ii中提到的目标电流，因这个目标电流是作PI调节的给定电流，故也称给定电流，通常取额定电流的10％～100％，0.5A～2A)。

然后跟据上面得到的Iref，按照图3作电流阶跃响应(即输入方波形的参考电流)，同时在采样电阻R1上(见图1)采样电机电流反馈。分析数据，根据阶跃响应曲线(见图3)可以获得电流上升时间、超调量和稳态电流值三个指标。其中，稳态电流是指采样电流在振荡结束后处于稳态时的值；电流上升时间是指从方波前沿到采样电流首次等于稳态值的时间(采样电流首次等于稳态并不等于采样电流已达稳态，而是还可能继续振荡)；超调量是指采样电流的首个峰值与稳态值之间的差值。

此后即可按照下面规律计算新的PI值：

1：若电流阶跃响应超调量不大于0，

(1)稳态值小于给定电流，则增大P；

(2)稳态值不小于给定电流，

⑤若是电流上升时间大于目标，则增大P、减小I；

⑥否则调节完毕；

2：若实际电流超调越限，

(1)稳态值等于给定电流，

①若电流上升时间小于目标，则减小P；

②若电流上升时间大于目标，则减小P、减小I；

(2)若稳态电流不等于目标电流，则减小P。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电机电流环参数整定方法，其特征是包括如下步骤：

i、求PI参数初始值；

ii、给定目标电流Iref，采样实际电流；

iii、指标提取：对采样电流进行数据处理，提取电流上升时间、超调量和稳态电流值三个指标；

iv、根据提到到的上述三个指标，按照变化规律调整电流环参数，即计算新的PI值。

v、重复上面三个过程(ii～iv)，直到指标满足预定目标。

2.如权利要求1所述的电机电流环参数整定方法，其特征是：所述步骤i中计算PI参数初始值的方法如下：

i1、跟据母线电压，按照下述公式计算得到一个固定电压的占空比d％：

$d=\frac{u}{U_{\mathrm{DC}}}*T$

其中

d：输出PWM占空比

u：给定电压，一般固定为3～5V

U_DC：直流母线电压

T：输出PWM周期

i2、PWM控制器按照上述计算给定的占空比d％输出，同时在采样电阻R1上采样电机电流反馈，跟据电流上升率得到电机时间常数；

i3、按照电机时间常数，通过查PI参数与时间常数τ对应关系表得到电流环PI参数初始值。

3.如权利要求2所述的电机电流环参数整定方法，其特征是：所述PI参数与时间常数τ对应关系表是按照不同的电机时间常数根据手动调节PI参数得到的结果取50％而得到的。

4.如权利要求1或2或3所述的电机电流环参数整定方法，其特征是：所述步骤ii中目标电流是根据驱动器的额定电流参数得到的：取额定电流的10％～100％，实际取值为0.5A～2A。

5.如权利要求1或2或3所述的电机电流环参数整定方法，其特征是：所述步骤iii中指标提取的方法如下：

iii1、跟据得到的Iref，作电流阶跃响应，同时在采样电阻R1上采样电机电流反馈；

iii2、分析数据，根据阶跃响应曲线获得电流上升时间、超调量和稳态电流值三个指标。

6.如权利要求1或2或3所述的电机电流环参数整定方法，其特征是：所述步骤iv中，计算新的PI值的方法为：

iv1：若电流阶跃响应超调量不大于0，

(1)稳态值小于给定电流，则增大P；

(2)稳态值不小于给定电流，

①若是电流上升时间大于目标，则增大P、减小I；

②否则调节完毕；

iv2：若实际电流超调越限，

(1)稳态值等于给定电流，

①若电流上升时间小于目标，则减小P；

②若电流上升时间大于目标，则减小P、减小I；

(2)若稳态电流不等于目标电流，则减小P。

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