CN102013857A - 一种防止控制器起冲击的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防止控制器起冲击的方法和装置，通过获取控制器中电机的实际速度，获取控制器中电机的期望速度，获取实际速度与期望速度的差值，比例因子K与时间因子
Figure 201010574587.9_AB_0
相乘的积与所获取的差值相乘后作为反馈控制器的参数加入控制器中，其中，t0表示初始时间，t0＝0，从而实现了减小电机启动时候对控制器的冲击，有效保护控制器。

Description

一种防止控制器起冲击的方法和装置
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种防止控制器起冲击的方法和装置。
背景技术
电机作为中要的执行器件，在控制系统中有很多中要的应用，例如机器人的行走，车辆的行进，数控机床以及直线推杆等。优秀的控制器不仅仅可以达到控制要求而且可以相应的保护各个执行器件，比如电机。但是至今为止，很少有控制器注意到电机在启动时控制器往往会伴随有较大的冲击，而这样的冲击会影响会导致过大的初始信号/动作，使得系统的初始状态远远超过实际能力范围。在实际过程中，这样子的脉冲信号时是不可取的。因为它可能导致：1)系统工作在饱和状态下；2)加速系统各个环节的老化，从而造成控制器性能的下降；3)显著降低产品寿命；4)更甚者可能损坏元件、电路等。
目前人们就防止控制器起冲击通常是在输出时有一定的限制，例如阮洁，郑梅甫，王景鑫于1991年提出的专利“偏差控制式抗积分饱和PID调节器”，这只是在驱动器上进行了改进，改进后的冲击仍然较大。
因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种防止控制器起冲击的方法和装置，以解决电机启动时的冲击问题，有效防止控制器起冲击。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防止控制器起冲击的方法和装置，用以解决电机启动时的冲击问题，有效防止控制器起冲击。
为了解决上述问题，本发明公开了一种防止控制器起冲击的方法，所述方法包括：
获取控制器中电机的实际速度；
获取控制器中电机的期望速度；
获取实际速度与期望速度的差值；
比例因子K与时间因子
Figure BSA00000375111300021
相乘的积与所获取的差值相乘后作为反馈控制器的参数加入控制器中，其中，t0表示初始时间，t0＝0。
优选的，所述方法还包括：
获取比例因子。
优选的，所述方法还包括：
获取控制器的指标；所述控制器指标包括控制目标、采样时间、控制周期和检测传感器。
优选的，所述检测传感器为码盘或电位器传感器
优选的，所述控制目标为电机速度、响应速度或超调量。
本发明还公布了一种防止控制器起冲击的装置，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取控制器中电机的实际速度；
第二获取模块，用于获取控制器中电机的期望速度；
第三获取模块，用于获取实际速度与期望速度的差值；
处理模块，用于将比例因子K与时间因子
Figure BSA00000375111300022
相乘的积与所获取的差值相乘后作为反馈控制器的参数加入控制器中，其中，t0表示初始时间，t0＝0。
优选的，所述装置还包括：
获取模块，用于获取比例因子。
优选的，所述装置还包括：
第四获取模块，用于获取控制器的指标；所述控制器指标包括控制目标、采样时间、控制周期和检测传感器。
优选的，所述检测传感器为码盘或电位器传感器
优选的，所述控制目标为电机速度、响应速度或超调量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过获取控制器中电机的实际速度，获取控制器中电机的期望速度，获取实际速度与期望速度的差值，比例因子K与时间因子
Figure BSA00000375111300031
相乘的积与所获取的差值相乘后作为反馈控制器的参数加入控制器中，其中，t0表示初始时间，t0＝0，从而实现了减小电机启动时候对控制器的冲击，有效保护控制器。
附图说明
图1是本发明实施例一所述的一种防止控制器起冲击的方法的流程图；
图2是本发明实施例一所述的现有方法中阶跃响应中误差的变化曲线；
图3是本发明实施例一所述的现有方法中控制器的输出；
图4是本发明实施例一所述防止控制器起冲击的方法的阶跃响应中误差的变化曲线；
图5是本发明实施例一所述防止控制器起冲击的方法中控制器的输出；
图6是本发明实施例二所述的一种防止控制器起冲击的装置结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
参照图1，示出了本发明的一种防止控制器起冲击的方法的流程图，所述方法具体包括：
步骤S101，获取控制器中电机的实际速度；
步骤S102，获取控制器中电机的期望速度；
步骤S103，获取实际速度与期望速度的差值；
具体的来讲，如获取到控制器中电机的实际速度为0转/分钟(初始启动)，而控制器中电机的期望速度为1000转/分钟，那么实际速度与期望速度的差值即为1000。
优选的，所述方法还包括：
获取控制器的指标；所述控制器指标包括控制目标、采样时间、控制周期和检测传感器。
优选的，所述检测传感器为码盘或电位器传感器
优选的，所述控制目标为电机速度、响应速度或超调量。
本实施例中所述的方法还包括获取包括控制目标、采样时间、控制周期和检测传感器在内的控制器的指标，具体到实际应用中，控制目标为电机速度、响应速度或超调量，如要求控制的电机速度是多少，要就的响应速度(从开始状态到达到期望的速度所需要的时间)是多少，要求的超调量(当达到预期的速度之后，电机的速度可能会超过期望的速度，而超调量表示超过的速度最大值)等等。
在实际的应用中根据具体的硬件和结构选择合理的采样时间和控制周期，并选择合适的传感器进行检测，通常检测传感器为码盘或电位器传感器。
因为本实施例所述的方法主要用于改进反馈控制中带来的启动冲击，因此需要先使用反馈控制器使系统达到稳定。基于现有方法中也会使用反馈控制使控制系统达到稳定，这里不再进行介绍。
优选的，所述方法还包括：
获取比例因子。
在通过反馈控制式控制系统达到稳定的过程中，获取到控制系统的比例因子。
步骤S104，比例因子K与时间因子
Figure BSA00000375111300041
相乘的积与所获取的差值相乘后作为反馈控制器的参数加入控制器中，其中，t0表示初始时间，t0＝0。
对于一般的控制器，可以取当前电机的速度和期望速度的差值，再乘以一个比例因子K输入执行器，就可以使电机趋向于期望的速度，控制器的输出为ud＝-K*(X-Xe)＝-K*ε，其中X为实际速度，Xe为期望速度，ε看作是电机的速度和期望速度的差值。为了具体的说明本发明的核心思想，这里举例说明如果我们希望的电机转速为1000转/分钟，而在初始情况下，电机的转速为0转/分钟。而我们可以用ud＝-K*(1000-0)使其乘以一个合适的比例系数使电机达到稳定，显然，其控制器的输出会在启动的瞬间非常大。
本实施例中所述的方法，将比例因子K与时间因子
Figure BSA00000375111300051
相乘的积与所获取的差值相乘后作为反馈控制器的参数加入控制器中，其中，t0表示初始时间，t0＝0。通过给比例因子K乘以一个比例因子
Figure BSA00000375111300052
之后加入控制器中，其中t0表示初始时间，通常情况下可以认为t0＝0，那么这时反馈控制器的比例因子就是e-at，这是控制器输出就是ud＝-K*(ε-ε*e-at)。这样既可以使系统达到稳定，又可以减少电机在启动时的冲击。实质上来讲是通过在其中加入防冲击因子从而得到了具有防冲击能力的反馈控制器。
举例说明，如果期望速度为1000转/分钟，实际电机开始时为0转/分钟，这时取t＝0，则
ε＝1000
ud＝-K*(1000-1000*e-a*0)
ud＝-K*(1000-1000*1)＝0
可以发现在启动时，控制器并没有输出，而当时间过去，取a＝1，t＝0.2s时假定这时电机实际转速为10转/分钟，这是控制器输出为
ε＝1000-10＝990
ud＝-K*(990-990*e-1*0.2)
ud＝-K*(990-990*0.8187)＝-K*179.4566
通过上述介绍，可以看出相比原来的控制器u＝-K*990要小的多，由此可以减少电机在启动时的冲击，达到保护电机的效果。另外这个控制算法中可以通过调节a的值，调整电机的响应速度，a约小响应速度越快。
通过实验对本实施例中所述的方法进行了仿真，参见图2为普通的阶跃响应中误差的变化曲线，其中y轴表示实际速度值与与期望速度值之差，而图3中，y轴表示控制器的输出。两图中x轴均表示时间，可以看到只要K取的合适，系统均会随着时间推移，使实际的速度与期望的速度的差值逐渐趋近于零。
图4，5代表的是改进后，同样的y轴分别表示表示实际速度值与期望速度值之差和控制器的输出。可以看到，在起始状态下，图5中，控制器的输出明显小于图3中的。正是这种效果可以减少系统的启动时的冲击，从而达到保护系统的效果。
实施例二：
参照图6，示出了本发明的一种防止控制器起冲击的装置结构图，所述装置包括：
第一获取模块601，用于获取控制器中电机的实际速度；
第二获取模块602，用于获取控制器中电机的期望速度；
第三获取模块603，用于获取实际速度与期望速度的差值；
处理模块604，用于将比例因子K与时间因子
Figure BSA00000375111300061
相乘的积与所获取的差值相乘后作为反馈控制器的参数加入控制器中，其中，t0表示初始时间，t0＝0。
优选的，所述装置还包括：
获取模块，用于获取比例因子。
优选的，所述装置还包括：
第四获取模块，用于获取控制器的指标；所述控制器指标包括控制目标、采样时间、控制周期和检测传感器。
优选的，所述检测传感器为码盘或电位器传感器。
优选的，所述控制目标为电机速度、响应速度或超调量。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例中点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种防止控制器起冲击的方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种防止控制器起冲击的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取控制器中电机的实际速度；
获取控制器中电机的期望速度；
获取实际速度与期望速度的差值；
比例因子K与时间因子 
Figure FSA00000375111200011
相乘的积与所获取的差值相乘后作为反馈控制器的参数加入控制器中，其中，t0表示初始时间，t0＝0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取比例因子。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取控制器的指标；所述控制器指标包括控制目标、采样时间、控制周期和检测传感器。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述检测传感器为码盘或电位器传感器。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述控制目标为电机速度、响应速度或超调量。
6.一种防止控制器起冲击的装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取控制器中电机的实际速度；
第二获取模块，用于获取控制器中电机的期望速度；
第三获取模块，用于获取实际速度与期望速度的差值；
处理模块，用于将比例因子K与时间因子 
Figure FSA00000375111200012
相乘的积与所获取的差值相乘后作为反馈控制器的参数加入控制器中，其中，t0表示初始时间，t0＝0。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
获取模块，用于获取比例因子。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第四获取模块，用于获取控制器的指标；所述控制器指标包括控制目标、采样时间、控制周期和检测传感器。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于： 
所述检测传感器为码盘或电位器传感器。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：
所述控制目标为电机速度、响应速度或超调量。 
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