CN103427747A

CN103427747A - 直流电机电流pi控制的参数调节系统及调节方法

Info

Publication number: CN103427747A
Application number: CN2013103175639A
Authority: CN
Inventors: 张懿; 魏海峰; 冯友兵
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Tongwei electric Haian Co., Ltd.
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN103427747B

Abstract

本发明公开了一种直流电机电流PI控制的参数调节系统及调节方法，属直流电机控制技术领域。本发明的调节系统包括控制器、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、比例器和积分器组成。本发明所述调节方法是，采用电流检测传感器检测实际电流信号，比较器接收所述实际电流信号和给定的电流指令信号，输出误差信号；比例器、积分器接收误差信号分别输出比例控制信号、积分控制信号；功率驱动单元接收各控制信号，输出激励电压；直流电机接收激励电压，产生电流。本发明为直流电机电流控制设计和调试节省精力和时间，具有良好的静态性能和动态性能。

Description

直流电机电流PI控制的参数调节系统及调节方法

技术领域

本发明涉及一种直流电机电流系统和控制方法，尤其涉及一种直流电机电流PI控制的参数调节系统及调节方法。

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。只有对被控对象进行定性认识才能决定设计什么样的控制器，只有对被控对象参数进行定量识别才能对控制器参数准确调整。目前，公知的现有技术中的控制器，如应用广泛的PI（比例积分）控制器，并不是首先确定被控对象参数，而是直接采用试凑法或经验法调整控制器比例控制参数和积分控制参数。因此，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，有些甚至根本无法对电流进行控制。因此，直流电机电流控制时，如何调节PI控制器参数，则是现有技术中有待解决的问题。

发明内容

本发明的目的所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提出一种直流电机电流PI控制的参数调节系统及调节方法。

为了达到上述目的，本发明解决技术问题采取的技术方案是：

一种直流电机电流PI控制的参数调节系统，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、积分器组成；所述比较器的输出端分别与比例器的输入端、积分器的输入端连接，比例器的输出端、积分器的输出端与功率驱动单元的输入端连接，功率驱动单元的输出端与直流电机的输入端连接，直流电机的输出端与电流检测传感器的输入端连接，电流检测传感器的输出端与比较器的输入端连接。

本发明的直流电机电流PI控制的参数调节系统的调节方法，包括下列步骤：

（1）采用电流检测传感器检测直流电机，得到实际电流信号；

（2）采用比较器接收步骤（1）所述实际电流信号和给定的电流指令信号，输出误差信号；

（3）采用比例器接收步骤（2）所述误差信号，调节比例器的控制参数Kp=Ue/Ie，其中Ue为直流电机的额定电压，Ie为直流电机的额定电流，输出比例控制信号；

（4）采用积分器接收步骤（2）所述误差信号，调节积分器的控制参数Ki=Kp/B，其中B为直流电机的等效电气惯量参数，输出积分控制信号，积分控制信号初值为0；

（5）采用功率驱动单元接收步骤（3）所述比例控制信号、步骤（4）积分控制信号，输出激励电压；

（6）采用直流电机接收步骤（5）所述激励电压，产生电流。

其中识别所述直流电机的等效电气惯量参数B的方法，包括如下步骤：

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.将直流电压幅值M除以电流输出信号稳态幅值C，得到直流电机的等效电气阻抗参数R；

c.测量在电流输出信号稳态幅值C的0.632倍处的时间轴上坐标值T；

d.将时间值T和等效电气阻抗参数R相乘，得到直流电机等效电气惯量参数B。

本发明的优点和有益效果主要是：

本发明能在直流电机电流控制设计和调试时不仅可以节省精力和时间，而且可获得良好的静态性能和动态性能。

附图说明

图1：本发明的调节系统组成框图；

图2：本发明的调节方法流程图；

图3：本发明输出直流电压信号图；

图4：本发明输出电流信号图。

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控制的参数调节系统及调节方法作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的直流电机电流PI控制的参数调节系统，包括控制器1，功率驱动单元2，直流电机3，电流检测传感器4，其中控制器1由比较器111、比例器112、积分器113组成；比较器111的输出端分别与比例器112的输入端、积分器113的输入端连接，比例器112的输出端、积分器113的输出端与功率驱动单元2的输入端连接，功率驱动单元2的输出端与直流电机3的输入端连接，直流电机3的输出端与电流检测传感器4的输入端连接，电流检测传感器4的输出端与比较器111的输入端连接。

结合图1、图2、图3和图4叙述本发明的直流电机电流PI控制的参数调节系统的调节方法，包括下列步骤：

（1）采用电流检测传感器4检测直流电机3，得到实际电流信号；

（2）采用比较器111接收步骤（1）所述实际电流信号和给定的电流指令信号，输出误差信号；

（3）采用比例器112接收步骤（2）所述误差信号，调节比例器112的控制参数Kp=Ue/Ie，其中Ue为直流电机3的额定电压，Ie为直流电机3的额定电流，输出比例控制信号；

（4）采用积分器113接收步骤（2）所述误差信号，调节积分器113的控制参数Ki=Kp/B，其中B为直流电机3的等效电气惯量参数，输出积分控制信号，积分控制信号初值为0；

（5）采用功率驱动单元2接收步骤（3）所述比例控制信号、步骤（4）所述积分控制信号，输出激励电压；

（6）采用直流电机3接收步骤（5）所述激励电压，产生电流。

其中，步骤（4）所述的直流电机的等效电气惯量参数B的识别方法，包括如下步骤：

a.将幅值为M的直流电压输入到功率驱动单元2，激励直流电机3产生电流，由电流检测传感器4测量直流电机3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.将直流电压幅值M除以电流输出信号稳态幅值C，得到直流电机3的等效电气阻抗参数R；

本发明的一种直流电机电流PI控制的参数调节系统的工作流程为：比较器111将输入电流指令信号和从电流检测传感器4送来的电流反馈信号进行比较，产生电流误差信号；比例器112把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；功率驱动单元2根据控制器1输出的控制信号，对直流电机3适时提供适当的能量，使直流电机3按照电流指令信号达到所要求的电流；直流电机3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4的接收信号；电流检测传感器4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

1.一种直流电机电流PI控制的参数调节系统，其特征在于，所述调节系统包括控制器（1），功率驱动单元（2），直流电机（3）和电流检测传感器（4），其中所述控制器（1）由比较器（111）、比例器（112）和积分器（113）组成；比较器（111）的输出端分别与比例器（112）的输入端、积分器（113）的输入端连接；比例器（112）的输出端、积分器（113）的输出端与功率驱动单元（2）的输入端连接，功率驱动单元（2）的输出端与直流电机（3）的输入端连接，直流电机（3）的输出端与电流检测传感器（4）的输入端连接，电流检测传感器（4）的输出端与比较器（111）的输入端连接。

2.一种如权利要求1所述的直流电机电流PI控制的参数调节系统的调节方法，其特征在于，包括下列步骤：

（1）采用电流检测传感器（4）检测直流电机（3）得到实际电流信号；

（2）采用比较器（111）接收步骤（1）所述实际电流信号和给定的电流指令信号输出误差信号；

（3）采用比例器（112）接收步骤（2）所述误差信号，调节比例器（112）的控制参数Kp=Ue/Ie，其中Ue为直流电机（3）的额定电压，Ie为直流电机（3）的额定电流，输出比例控制信号；

（4）采用积分器（113）接收步骤（2）所述误差信号，调节积分器（113）的控制参数Ki=Kp/B，其中B为直流电机（3）的等效电气惯量参数，输出积分控制信号；

（5）采用功率驱动单元（2）接收步骤（3）所述比例控制信号、步骤（4）所述积分控制信号，输出激励电压；

（6）采用直流电机（3）接收步骤（5）所述激励电压，产生电流。

3.根据权利要求2所述的直流电机电流PI控制的参数调节系统的调节方法，其特征在于，步骤（4）所述的直流电机（3）的等效电气惯量参数的识别方法，包括如下步骤：

4.根据权利要求2所述的直流电机电流PI控制的参数调节系统的调节方法，其特征在于，步骤（4）所述的积分控制信号的初值为0。