CN106169897A - 一种电机速度实时抗饱和pid控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机速度实时抗饱和PID控制方法及装置，该方法包括：获得电机的转速误差e(k)，计算所述电机的最大扭矩限幅值；计算当前时刻的PID调节器的当前积分值U_i(k)并对其限幅；计算PID调节器输出值T_pid(k)并对其限幅；计算所述限幅后的PID调节器输出值与所述T_pid(k)的差值，将其作为下一时刻的饱和误差值e_sat(k)，并返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。本发明根据所述电机的最大扭矩限幅值，对PID调节器的当前积分值和输出值进行限幅，并动态调整了饱和误差值，实现了根据电机转速‑扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。

Description

一种电机速度实时抗饱和PID控制方法及装置

技术领域

本发明涉及控制技术领域，特别是涉及一种电机速度实时快速抗饱和PID控制方法及装置。

背景技术

在电机速度控制系统中，为满足产品生产工艺要求，要求电机速度实现快速、平稳且准确地跟踪给定目标值。目前，电机速度控制系统广泛采用PID(比例积分微分)控制技术，这主要是由于PID的控制结构简单，且不依赖于系统模型，在未知扰动的情况下，通过PID的积分控制作用可以消除稳态误差，提高系统精度。但是在电机的扭矩受限并且给定速度出现大跳变的情况下，积分控制容易产生积分器饱和的现象，使系统出现大超调和低频震荡，甚至导致系统不稳定。

为解决上述出现的这些问题，目前学者和研究人员已经提出了一些改进型的PID，如抗饱和PID。现有的做法主要是在普通的PID控制器中加入积分预测器，但是这种做法会引入误差微分项和低通滤波器，增加了系统阶数，计算过程比较复杂，并且不能根据电机转速-扭矩特性来进行实时限幅；同时，也有研究人员提出采用通过限制PID调节器的输出结合积分分离法和遇限消弱积分法来实现PID的抗饱和，但是这种方法是基于位置式PID算法，限制了其使用范围，也没有体现根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅。可以得出，现有的抗饱和PID控制方案中，都存在着一定的缺点，并且未能通过根据电机转速-扭矩特性来进行实时限幅，来实现对PID的积分量进行饱和限幅的目的。

发明内容

针对于上述问题，本发明提供一种电机速度实时抗饱和PID控制方法及装置，用以实现根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种电机速度实时抗饱和PID控制方法，该方法包括：

利用电机的额定转速N_ref(k)减去电机的实际转速N_real(k)，得到电机的转速误差e(k)；

通过查表差值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；

计算当前时刻的PID调节器的当前积分值U_i(k)；

其中，

U_i(k)＝U_i(k-1)+k_i*e(k)+k_c*e_sat(k)，式中，U_i(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，U_i(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，k_i为积分系数，k_c为抗饱和积分系数，e_sat(k)为当前时刻的饱和误差；

判断所述当前积分值U_i(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值U_i(k)，得到限幅后的积分值U_i′(k)，将所述当前积分值U_i(k)更新为U_i′(k)；

根据T_pid＝k_p*e(k)+k_d*(e(k)-e(k-1)+u_i′(k)，计算PID调节器输出值T_pid(k)，式中，k_p为比例系数，k_d为微分系数；

判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值T_pid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)；

计算所述限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)与所述PID调节器输出值T_pid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值e_sat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。

优选的，所述通过查表插值法或拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值包括：

当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；

或者当所述通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速N_real与电机额定转速N₀之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，

T_max＝T₁ 当N_real≤N₀时，

T_max＝T₁*N₀/N_real 当N_real≥N₀时，

式中，T_max为电机的最大扭矩限幅值，T₁为电机恒定转矩区的最大扭矩。

优选的，所述判断所述当前积分值U_i(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值U_i(k)，得到限幅后的积分值U_i′(k)，将所述当前积分值U_i(k)更新为U_i′(k)，包括：

判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足，则当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝T_max；

当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝-T_max；

当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝u_i(k)。

优选的，所述判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值T_pid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)，包括：

判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_max；

当所述PID调节器输出值T_pid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝-T_max；

当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_pid(k)。

根据本发明的第二方面，提供了一种电机速度实时抗饱和PID控制装置，该装置包括：

误差计算模块，用于利用电机的额定转速N_ref(k)减去电机的实际转速N_real(k)，得到电机的转速误差e(k)；

扭矩计算模块，用于通过查表差值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；

积分值计算模块，用于计算当前时刻的PID调节器的当前积分值U_i(k)；

其中，

U_i(k)＝U_i(k-1)+k_i*e(k)+k_c*e_sat(k)，式中，U_i(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，U_i(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，k_i为积分系数，k_c为抗饱和积分系数，e_sat(k)为当前时刻的饱和误差；

第一判断模块，用于判断所述当前积分值U_i(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值U_i(k)，得到限幅后的积分值U_i′(k)，将所述当前积分值U_i(k)更新为U_i′(k)；

输出值计算模块，用于根据T_pid＝k_p*e(k)+k_d*(e(k)-e(k-1)+u_i′(k)，计算PID调节器输出值T_pid(k)，式中，k_p为比例系数，k_d为微分系数；

第二判断模块，用于判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值T_pid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)；

计算模块，用于计算所述限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)与所述PID调节器输出值T_pid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值e_sat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。

优选的，所述扭矩计算模块包括：

第一计算单元，用于当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；

或者第二计算单元，用于当所述通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速N_real与电机额定转速N₀之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，

T_max＝T₁ 当N_real≤N₀时，

T_max＝T₁*N₀/N_real 当N_real≥N₀时，

式中，T_max为电机的最大扭矩限幅值，T₁为电机恒定转矩区的最大扭矩。

优选的，所述第一判断模块包括：

积分值第一计算单元，用于判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足，则当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝T_max；

积分值第二计算单元，用于当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝-T_max；

积分值第三计算单元，用于当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝u_i(k)。

优选的，所述第二判断模块包括：

输出值第一计算单元，用于判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_max；

输出值第二计算单元，用于当所述PID调节器输出值T_pid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝-T_max；

输出值第三计算单元，用于当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_pid(k)。

相较于现有技术，本发明通过计算电机的转速误差，并分析电机的扭矩特性计算获得电机的最大扭矩限幅值，根据所述电机的最大扭矩限幅值，在电机运行的时间周期内，对计算获得的PID调节器的当前积分值进行限幅，同时也对计算获得的PID调节器输出值进行限幅，并动态调整了饱和误差值，实现了根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种电机速度实时抗饱和PID控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种电机速度实时抗饱和PID控制方法的原理示意图；

图3为本发明实施例二对应的图1所述S12步骤计算最大扭矩限幅值的流程示意图；

图4为本发明实施例二对应的图1所述S14步骤对积分值进行限幅的流程示意图；

图5为本发明实施例本发明实施例二对应的图1所述S16步骤中对输出值进行限幅的流程示意图；

图6为本发明实施例三提供的一种电机速度实时抗饱和PID控制装置的结 构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

实施例一

参见图1为本发明实施例一提供的一种电机速度实时抗饱和PID控制方法的流程示意图和图2为该方法的原理示意图，该方法包括以下步骤：

S11、利用电机的额定转速N_ref(k)减去电机的实际转速N_real(k)，得到电机的转速误差e(k)；

其中，要获取电机的实际转速即要获取电机转速ω当前的准确值，在实际测量中可以采用速度编码器或者通过控制算法获取；

转速误差e(k)＝N_ref(k)-N_real(k)；

S12、通过查表差值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；

具体的，在获得所述电机的最大扭矩限幅值后，在某些工艺场合，例如如石油钻井，为避免钻杆受损，需限制电机输出的扭矩，所以增加上位机限幅；当工艺明确表示需要对扭矩进行限幅时候，就必须需要接受上位机的限幅指令；即所述电机的最大扭矩限幅值T_max与上位机下发的转矩限幅T_g比较：

当T_max>T_g时，T_max＝T_g；

当T_max<T_g时，T_max不变；

S13、计算当前时刻的PID调节器的当前积分值U_i(k)；

其中，

U_i(k)＝U_i(k-1)+k_i*e(k)+k_c*e_sat(k)，式中，U_i(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，U_i(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，k_i为积分系数，k_c为抗饱和积分系数，e_sat(k)为当前时刻的饱和误差；

S14、判断所述当前积分值U_i(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值U_i(k)，得到限幅后的积分值U_i′(k)，将所述当前积分值U_i(k)更新为U_i′(k)；

S15、根据T_pid＝k_p*e(k)+k_d*(e(k)-e(k-1)+u_i′(k)，计算PID调节器输出值T_pid(k)，式中，k_p为比例系数，k_d为微分系数；

S16、判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值T_pid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)；

S17、计算所述限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)与所述PID调节器输出值T_pid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值e_sat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。

具体的，在步骤S17中，是在电机运行的时间周期内，通过计算获得的本时刻限幅后的积分值，还有所述限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)与所述PID调节器输出值T_pid(k)的值，对下一时刻的即下一轮计算中的e_sat(k)和U_i(k-1)进行数据更新，然后计算获得当前积分值，这一过程是循环进行的，以保证动态调整饱和误差值，进行实时限幅。

根据本发明实施例一提供的技术方案，通过计算电机的转速误差，并分析电机的扭矩特性计算获得电机的最大扭矩限幅值，根据所述电机的最大扭矩限幅值，在电机运行的时间周期内，对计算获得的PID调节器的当前积分值进行限幅，同时也对计算获得的PID调节器输出值进行限幅，并动态调整 了饱和误差值，实现了根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。

实施例二

参照本发明实施例一和图1中所描述的S11到S17步骤的具体过程，并参见图3本发明实施例二对应的图1所述S12步骤中建立计算机理数学模型的流程示意图，计算最大扭矩限幅值的流程示意图，图1中步骤S12具体包括：

S121、当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；

或者S122、当所述通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速N_real与电机额定转速N₀之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，

T_max＝T₁ 当N_real≤N₀时，

T_max＝T₁*N₀/N_real 当N_real≥N₀时，

式中，T_max为电机的最大扭矩限幅值，T₁为电机恒定转矩区的最大扭矩。

在计算获得PID调节器的当前积分值后，参见图3，在图1中的步骤S14具体包括：

S141、判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足；

S142、则当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝T_max；

S143、当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝-T_max；

S144、当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝u_i(k)。

相应的，在计算获得PID调节器的输出值后，参见图4，在图1中的步骤S16具体包括：

S161、判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足；

S162、则当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_max；

S163、当所述PID调节器输出值T_pid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝-T_max；

S164、当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_pid(k)。

根据本发明实施例二提供的技术方案，具体描述了根据所述电机的最大扭矩限幅值，在电机运行的时间周期内，对计算获得的PID调节器的当前积分值进行限幅，同时也对计算获得的PID调节器输出值进行限幅，并动态调整了饱和误差值，实现了根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。

实施例三

与本发明实施例一和实施例二所公开的电机速度实时抗饱和PID控制方法相对应，本发明实施例三还提供了一种电机速度实时抗饱和PID控制装置，参见图6为本发明实施例三提供的一种电机速度实时抗饱和PID控制装置的结构示意图，该装置具体包括：

误差计算模块1，用于利用电机的额定转速N_ref(k)减去电机的实际转速N_real(k)，得到电机的转速误差e(k)；

扭矩计算模块2，用于通过查表差值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；

积分值计算模块3，用于计算当前时刻的PID调节器的当前积分值U_i(k)；

其中，

U_i(k)＝U_i(k-1)+k_i*e(k)+k_c*e_sat(k)，式中，U_i(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，U_i(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，k_i为积分系数，k_c为抗饱和积分系数，e_sat(k)为当前时刻的饱和误差；

第一判断模块4，用于判断所述当前积分值U_i(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值U_i(k)，得到限幅后的积分值U_i′(k)，将所述当前积分值U_i(k)更新为U_i′(k)；

输出值计算模块5，用于根据T_pid＝k_p*e(k)+k_d*(e(k)-e(k-1)+u_i′(k)，计算PID调节器输出值T_pid(k)，式中，k_p为比例系数，k_d为微分系数；

第二判断模块6，用于判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值T_pid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)；

计算模块7，用于计算所述限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)与所述PID调节器输出值T_pid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值e_sat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。

相应的，所述扭矩计算模块2包括：

第一计算单元21，用于当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；

或者第二计算单元22，用于当所述通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速N_real与电机额定转速N₀之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，

T_max＝T₁ 当N_real≤N₀时，

T_max＝T₁*N₀/N_real 当N_real≥N₀时，

式中，T_max为电机的最大扭矩限幅值，T₁为电机恒定转矩区的最大扭矩。

相应的，所述第一判断模块4包括：

积分值第一计算单元41，用于判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足，则当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝T_max；

积分值第二计算单元42，用于当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝-T_max；

积分值第三计算单元43，用于当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U_i′(k)＝u_i(k)。

相应的，所述第二判断模块6包括：

输出值第一计算单元61，用于判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_max；

输出值第二计算单元62，用于当所述PID调节器输出值T_pid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝-T_max；

输出值第三计算单元63，用于当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_pid(k)。

根据本发明实施例三提供的技术方案，分别通过误差计算模块和扭矩计算模块获得了电机的转速误差和电机的最大扭矩限幅值，并根据所述电机的最大扭矩限幅值，在电机运行的时间周期内，对计算获得的PID调节器的当前积分值进行限幅，同时也对计算获得的PID调节器输出值进行限幅，并动态调整了饱和误差值，实现了根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重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部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电机速度实时抗饱和PID控制方法，其特征在于，该方法包括：

利用电机的额定转速N_ref(k)减去电机的实际转速N_real(k)，得到电机的转速误差e(k)；

通过查表差值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；

计算当前时刻的PID调节器的当前积分值U_i(k)；

其中，

U_i(k)＝U_i(k-1)+k_i*e(k)+k_c*e_sat(k)，式中，U_i(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，U_i(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，k_i为积分系数，k_c为抗饱和积分系数，e_sat(k)为当前时刻的饱和误差；

判断所述当前积分值U_i(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值U_i(k)，得到限幅后的积分值U′_i(k)，将所述当前积分值U_i(k)更新为U′_i(k)；

根据T_pid＝k_p*e(k)+k_d*(e(k)-e(k-1)+u′_i(k)，计算PID调节器输出值T_pid(k)，式中，k_p为比例系数，k_d为微分系数；

判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值T_pid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)；

计算所述限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)与所述PID调节器输出值T_pid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值e_sat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过查表插值法或拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值包括：

当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；

或者当所述通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速N_real与电机额定转速N₀之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，

T_max＝T₁当N_real≤N₀时，

T_max＝T₁*N₀/N_real当N_real≥N₀时，

式中，T_max为电机的最大扭矩限幅值，T₁为电机恒定转矩区的最大扭矩。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述当前积分值U_i(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值U_i(k)，得到限幅后的积分值U′_i(k)，将所述当前积分值U_i(k)更新为U′_i(k)，包括：

判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足，则当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′_i(k)＝T_max；

当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′_i(k)＝-T_max；

当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′_i(k)＝u_i(k)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值T_pid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)，包括：

判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_max；

当所述PID调节器输出值T_pid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝-T_max；

当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_pid(k)。

5.一种电机速度实时抗饱和PID控制装置，其特征在于，该装置包括：

误差计算模块，用于利用电机的额定转速N_ref(k)减去电机的实际转速N_real(k)，得到电机的转速误差e(k)；

扭矩计算模块，用于通过查表差值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；

积分值计算模块，用于计算当前时刻的PID调节器的当前积分值U_i(k)；

其中，

U_i(k)＝U_i(k-1)+k_i*e(k)+k_c*e_sat(k)，式中，U_i(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，U_i(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，k_i为积分系数，k_c为抗饱和积分系数，e_sat(k)为当前时刻的饱和误差；

第一判断模块，用于判断所述当前积分值U_i(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值U_i(k)，得到限幅后的积分值U′_i(k)，将所述当前积分值U_i(k)更新为U′_i(k)；

输出值计算模块，用于根据T_pid＝k_p*e(k)+k_d*(e(k)-e(k-1)+u′_i(k)，计算PID调节器输出值T_pid(k)，式中，k_p为比例系数，k_d为微分系数；

第二判断模块，用于判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值T_pid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)；

计算模块，用于计算所述限幅后的PID调节器输出值T_sat(k)与所述PID调节器输出值T_pid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值e_sat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述扭矩计算模块包括：

第一计算单元，用于当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；

或者第二计算单元，用于当所述通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速N_real与电机额定转速N₀之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，

T_max＝T₁当N_real≤N₀时，

T_max＝T₁*N₀/N_real当N_real≥N₀时，

式中，T_max为电机的最大扭矩限幅值，T₁为电机恒定转矩区的最大扭矩。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一判断模块包括：

积分值第一计算单元，用于判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足，则当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′_i(k)＝T_max；

积分值第二计算单元，用于当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′_i(k)＝-T_max；

积分值第三计算单元，用于当所述PID调节器的当前积分值u_i(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′_i(k)＝u_i(k)。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二判断模块包括：

输出值第一计算单元，用于判断所述PID调节器输出值T_pid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_max；

输出值第二计算单元，用于当所述PID调节器输出值T_pid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝-T_max；

输出值第三计算单元，用于当所述PID调节器输出值T_pid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-T_max，并小于所述电机的最大扭矩限幅值T_max时，所述限幅后的PID调节器输出值T_sat＝T_pid(k)。