CN103414418A - 一种直流电机电流pi控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流电机电流PI控制系统及方法,属于直流电机控制技术领域。该控制系统包括控制器、功率驱动单元、直流电机和电流检测传感器,其中所述的控制器由比较器、比例器、积分器和加法器组成;本发明的控制系统的控制方法是:先识别直流电机的等效电气惯量参数B,然后调整控制器的比例控制参数Kp和积分控制参数Ki。本发明控制系统在调试时,由于PI控制器的参数是根据直流电机参数进行调整的,所以控制器参数可以做到有的放矢进行调整,遏制了PI控制器参数调整的盲目性,节省了时间和精力,并能获得良好的电流控制效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流电机电流控制系统,尤其涉及一种直流电机电流PI控制系统及控制方法,属于直流电机控制领域。
背景技术
直流电机电流控制必须采用闭环控制才能获得优良的电流控制性能。直流电机电流闭环控制系统包括控制器和被控对象。直流电机电流控制系统如何根据不同的被控对象,PI(比例积分)控制器参数有的放矢调整,则是现有技术有待解决的问题。目前,公知的现有技术中,PI控制器其比例控制参数和积分控制参数都是直接采用试凑法或经验法进行调整,而不是根据被控对象参数进行调整,控制器参数的调整比较盲目,直流电机电流控制系统的调试费时费力,电流控制性能难以满足要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决在直流电机电流闭环控制采用PI控制器时,PI控制器参数根据被控对象参数进行调整的问题,而提出一种直流电机电流PI控制系统及控制方法。
为了达到上述目的,本发明解决技术问题所采取的技术方案是:
一种直流电机电流PI控制系统,包括控制器,功率驱动单元,直流电机,电流检测传感器,其中控制器由比较器、比例器、积分器和加法器组成;所述比较器接收电流指令信号,比较器的输出端接比例器和积分器的输入端,比例器和积分器的输出端接加法器的输入端,加法器的输出端接功率驱动单元的输入端,功率驱动单元的输出端接直流电机的输入端,直流电机一路输出电流输出信号,另一路输出信号到电流检测传感器的输入端,电流检测传感器的输出端接比较器的输入端。
本发明所述直流电机电流PI控制系统的控制方法,包括下列步骤:
(1)识别直流电机的等效电气惯量参数B,其方法步骤是:
a.将幅值为M的直流电压输入到功率驱动单元,激励直流电机产生电流,由电流检测传感器测量直流电机的电流输出信号,并记录直流电压和电流输出信号随时间变化的过程;其中直流电压幅值M与直流电机的额定电压Ue相等;
b.建立电流输出信号与时间关系的坐标系,读出电流输出信号曲线的稳态幅值C,将直流电压幅值M除以电流输出信号曲线的稳态幅值C,得到直流电机等效电气阻抗参数R;
c.测量在电流输出信号曲线的稳态幅值C的0.632倍处的时间轴上坐标值T;
d.将直流电机的等效电气阻抗参数R乘以时间值T,得到直流电机等效电气惯量参数B;
(2)调整控制器的比例控制参数Kp和积分控制参数Ki,其方法步骤是:
A)确定直流电机的额定电压Ue;
B)确定直流电机的额定电流Ie;
C)调整控制器的比例控制参数Kp=Ue/Ie;
D)调整控制器的积分控制参数Ki=Kp/B;其中积分控制参数Ki初值为0。
本发明的优点和有益效果主要是:
本发明的一种直流电机电流PI控制系统及方法,其系统在调试时,由于PI控制器的参数是根据直流电机参数进行调整的,所以PI控制器参数可以做到有的放矢进行调整,做到心中有数,遏制了PI控制器参数调整的盲目性,节省了时间和精力,并能获得良好的电流控制效果。
附图说明
图1为本发明的直流电机电流PI控制系统结构方框图;
图2为本发明的直流电机电流PI控制方法流程图;
图3为本发明电流输出信号坐标图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种直流电机电流PI控制系统及控制方法作进一步的详细说明。
如图1所示为本发明的一种直流电机电流PI控制系统,包括控制器110,功率驱动单元120,直流电机130和电流检测传感器140,其中,控制器110由比较器111、比例器112、积分器113和加法器114组成;比较器111的输出端接比较器112和积分器113的输入端,比例器112和积分器113的输出端接加法器114的输入端,加法器114的输出端接功率驱动单元120的输入端,功率驱动单元120的输出端接直流电机130的输入端,直流电机130的输出端一路输出电流输出信号,另一路输出信号到电流检测传感器140的输入端,电流检测传感器140的输出端接比较器111的输入端。
结合图1、图2和图3叙述本发明的直流电机电流PI控制系统的控制方法,包括如下步骤:
(1)识别直流电机的等效电气惯量参数B,其方法步骤是:
a.将幅值为M的直流电压输入到功率驱动单元120,激励直流电机130产生电流,由电流检测传感器140测量直流电机130的电流输出信号,并记录直流电压和电流输出信号随时间变化的过程;其中所述的直流电压幅值M与直流电机130的额定电压Ue相等;
b.建立电流输出信号与时间关系的坐标系,读出电流输出信号曲线的稳态幅值C,将直流电压幅值M除以电流输出信号曲线的稳态幅值C,得到直流电机等效电气阻抗参数R;
c.测量在电流输出信号曲线的稳态幅值C的0.632倍处的时间轴上坐标值T;
d.将直流电机130的等效电气阻抗参数R乘以时间值T,得到直流电机130等效电气惯量参数B;
(2)调整控制器的比例控制参数Kp和积分控制参数Ki,其方法步骤是:
A)确定直流电机130的额定电压Ue;
B)确定直流电机130的额定电流Ie;
C)调整控制器的比例控制参数Kp=Ue/Ie;
D)调整控制器的积分控制参数Ki=Kp/B;其中所述积分控制参数Ki的初值为0。
本发明的一种直流电机电流PI控制系统的工作流程为:比较器111将输入电流指令信号和从电流检测传感器140送来的电流反馈信号进行比较,产生电流误差信号;比较器112对电流误差信号乘以比例控制参数;积分器113对电流误差信号进行积分并乘以积分控制参数;加法器114对比例器112和积分器113输出信号相加送到功率驱动单元120;功率驱动单元120根据控制器110输出的控制信号,对直流电机130适时提供适当的能量,使直流电机130产生电流;直流电机130控制所要控制的对象并输出电流输出信号和电流检测传感器140的接收信号;电流检测传感器140检测直流电机3的运行电流,作为电流反馈信号发送到比较器111。
Claims (4)
1.一种直流电机电流PI控制系统,包括控制器(110),功率驱动单元(120),直流电机(130)和电流检测传感器(140),其特征在于,所述控制器(110)由比较器(111)、比例器(112)、积分器(113)和加法器(114)组成;其中所述比较器(111)接收电流指令信号,所述比较器(111)的输出端分别接所述比例器(112)和所述积分器(113)的输入端;所述比例器(112)和所述积分器(113)的输出端接所述加法器(114)的输入端;所述加法器(114)的输出端接所述功率驱动单元(120)的输入端;所述功率驱动单元(120)的输出端接所述直流电机(130)的输入端;所述直流电机(130)的输出端一路输出电流输出信号,另一路输出信号到所述电流检测传感器(140)的输入端;所述电流检测传感器(140)的输出端接所述比较器(111)的输入端。
2.一种权利要求1所述的直流电机电流PI控制系统的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)识别直流电机的等效电气惯量参数B:
a.将幅值为M的直流电压输入到功率驱动单元(120),激励直流电机(130)产生电流,由电流检测传感器(140)测量直流电机(130)的电流输出信号,并记录直流电压和电流输出信号随时间变化的过程;
b.建立电流输出信号与时间关系的坐标系,读出电流输出信号曲线的稳态幅值C,将直流电压幅值M除以电流输出信号曲线的稳态幅值C,得到直流电机等效电气阻抗参数R;
c.测量在电流输出信号曲线的稳态幅值C的0.632倍处的时间轴上坐标值T;
d.将直流电机(130)的等效电气阻抗参数R乘以时间值T,得到直流电机(130)等效电气惯量参数B;
(2)调整控制器的比例控制参数Kp和积分控制参数Ki:
A)确定直流电机(130)的额定电压Ue;
B)确定直流电机(130)的额定电流Ie;
C)调整控制器的比例控制参数Kp=Ue/Ie;
D)调整控制器的积分控制参数Ki=Kp/B。
3.根据权利要求2所述的直流电机电流PI控制系统的控制方法,其特征在于,步骤(1)所述的直流电压幅值M与直流电机(130)的额定电压Ue相等。
4.根据权利要求2所述的直流电机电流PI控制系统的控制方法,其特征在于,步骤(2)所述的积分控制参数Ki的初值为0。
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