CN105958884A - 一种改进型伺服控制电流环pi调节器的实现方法 - Google Patents

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徐本亮
史加悦
王利峰
缪惠根
潘丽杰
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control

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Abstract

本发明公开一种改进型伺服控制电流环PI调节器的实现方法，其特征在于：在PI调节器输出之后，下一周期将要施加到电机上的电压之前，增设一校正步骤，该校正步骤具体为进行处理。本发明保持了原先传统PI调节器的优点，考虑了传统PI调节器控制量和反馈量在时序上不同步的问题，提出了一种改进型的PI调节器，消除了这种时序上的不同步，避免控制过程中出现超调以及震荡，提高了系统动态性能，扩宽了PI参数的稳定域。

Description

一种改进型伺服控制电流环PI调节器的实现方法
技术领域
本发明涉及电流环PI调节器，具体是一种改进型伺服控制电流环PI调节器的实现方法。
背景技术
目前，永磁同步伺服系统大多采用全数字式控制，主要控制流程是采样、计算、占空比更新，从而调节系统输出。具体流程是，采样得到输入输出的误差，然后通过调节器的计算得到控制量，更新到占空比中，以此校准误差。
目前一般采用PI调节器的控制方式来调节电流环的输入输出，提高比例增益可以提高响应速度，但是增益太大会引起超调和震荡，影响稳定性。并且这种控制方式是基于本周期采样得到的反馈误差，并未考虑当前周期施加控制量后会对系统输出产生什么样的影响，因此这种控制方式下，控制量和反馈量在时序上并不同步，控制量往往滞后反馈量一个周期，容易引起系统的超调以及不稳定。
图1为传统PI调节器控制下的电流环控制框图，由图可知，在传统PI调节器中，调节器的输出需要延迟一个周期才能施加，即在下一周期内以uq(k+1)的方式施加到电机上。uq(k+1)与当前周期内正在被施加的电压uq(k)的差别在于一个周期的滞后，相当于忽略了当前周期内uq(k)对输出的影响。
发明内容
因此，针对上述的问题，本发明提出一种改进型伺服控制电流环PI调节器的实现方法，分析PI调节器当前周期的输出量对电流的影响，并且加以校正，最终实现在电流环控制中，避免超调和震荡，从而解决现有技术之不足。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种改进型伺服控制电流环PI调节器的实现方法，在PI调节器输出之后，下一周期将要施加到电机上的电压uq(k+1)之前，增设一校正步骤，该校正步骤具体为进行处理。
改进后，从PI调节器输出到下一周期将要施加到电机上的电压uq(k+1)经过了处理，此时电流环闭环传递函数为：
由上式可推导出，当kP，kI分别设置为
则G2(z)可化简为此时PI调节器控制的系统对指令信号的跟踪不会出现超调或震荡过程，仅存在两个采用周期的延迟，控制效果理想。
本发明保持了原先传统PI调节器的优点，考虑了传统PI调节器控制量和反馈量在时序上不同步的问题，提出了一种改进型的PI调节器，消除了这种时序 上的不同步，避免控制过程中出现超调以及震荡，提高了系统动态性能，扩宽了PI参数的稳定域。
附图说明
图1为传统的PI调节器控制的电流环控制框图；
图2为本发明的改进型PI调节器控制的电流环控制框图。
具体实施方式
永磁同步电机是一个复杂的非线性系统，通常采用空间矢量变换来简化其数学模型，其同步旋转坐标系下的电压方程为：
式中：ud、uq为定子d、q轴的电压；id、iq分别为定子d、q轴的电流；R为定子电阻；Ld、Lq为定子d、q轴电感；ω为转子电角度；ψf为永磁体磁链。
而传统PI调节器控制的电流环控制框图如图1所示，在传统PI调节器中，调节器的输出需要延迟一个周期才能施加，即在下一周期内以uq(k+1)的方式施加到电机上。uq(k+)与当前周期内正在被施加的电压uq(k)的差别在于一个周期的滞后，相当于忽略了当前周期内uq(k)对输出的影响。
我们通过分析电机的电压方程，以及电流环的传递函数，可以推导得到PI调节器输出与uq(k)、uq(k+1)的关系为：
即PI调节器输出应该是uq(k)和uq(k+1)的平均值，即电流的调节应该考虑uq(k)对输出的影响。而传统的PI调节器相当于默认 而实际上，uq(k)是由前一周期的运算结果决定的，与当前周期的PI调节器输出无直接相等的关系。这种做法在暂态中很有可能会引起超调或者震荡。式(3)避开了对下一周期电流的直接预测，因而不需要用到电机模型及参数，计算量小，且能够有效减小控制量时序滞后对系统的不利影响。
改进后的PI调节器控制的电流环控制框图如图2所示，改进后，从PI调节器输出到下一周期将要施加到电机上的电压uq(k+1)不再是直接的对等关系，而是经过了处理。此时电流环闭环传递函数为：
由上式可推导出，当kP，kI分别设置为
则G2(z)可化简为此时PI调节器控制的系统对指令信号的跟踪不会出现超调或震荡过程，仅存在两个采用周期的延迟，控制效果理想。
本发明保持了原先传统PI调节器的优点，考虑了传统PI调节器控制量和反馈量在时序上不同步的问题，提出了一种改进型的PI调节器，消除了这种时序上的不同步，避免控制过程中出现超调以及震荡，提高了系统动态性能，扩宽了PI参数的稳定域。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种改进型伺服控制电流环PI调节器的实现方法，其特征在于：在PI调节器输出之后，下一周期将要施加到电机上的电压之前，增设一校正步骤，该校正步骤具体为进行处理。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4230979A (en) * 1978-04-10 1980-10-28 General Electric Company Controlled current inverter and motor control system
CN103516280A (zh) * 2013-09-30 2014-01-15 清华大学 一种永磁同步电机电流环调节器的改进方法
CN105071730A (zh) * 2015-07-31 2015-11-18 河南科技大学 考虑电流动态的无轴承异步电机定子定向逆闭环控制系统

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C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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Application publication date: 20160921

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