CN107919833B - 一种同步电机速度环参数自调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同步电机速度环参数自调整装置，包括速度PI调节器和参数自调整装置；所述的参数自调整装置接收速度反馈信号Vfb，并输出比例系数KP和积分系数KI；所述的速度PI调节器接收速度给定量Vcmd与Vfb的差值，以及参数自调整装置输出KP和KI，并输出OUT量；所述的参数自调整装置内设有比较模块和n个具有滞环回路的子模块，每个子模块设有不同的速度范围区间以及输出的速度环参数KP、KI，比较模块用于将反馈信号Vfb与各子模块速度区间比较，并置入匹配的子模块，并输出相应子模块的速度环参数KP和KI。本发明的有益效果是使速度环参数更加不匹配速度下的要求，从而减小速度的超调量，使得调节速度时间更短，电机相应速度更快。

Description

一种同步电机速度环参数自调整装置

技术领域

本发明涉及的一种同步电机速度环参数自调整装置。

背景技术

开关磁阻电机在很多应用场合主要以速度控制为主，主要是对转速的调节，现在的应用场合下，基本采用一组KP，KI参数用做速度环的调节参数，但是由于开关磁阻电机非线性特性明显，一组速度环的KP，KI参数很难满足整个速度变化范围的要求，而且大多数应用场合速度调节的范围不同，不同速度下所要求的KP，KI参数也不同，因此一组KP,KI速度环参数很难满足调速性能的要求，会造成速度超调过大、调节时间过长或速度出现震荡等一系列问题，严重影响了开关磁阻电机的应用和适应性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，通过一种同步电机速度环参数自调整装置，使速度环参数更加匹配不同速度下的要求，从而减小速度的超调量，使速度调节时间更短，使电机的速度响应更快。

为达到上述目的，本发明提供一种同步电机速度环参数自调整装置，包括速度PI调节器和参数自调整装置；

所述的参数自调整装置接收速度反馈信号Vfb，并输出比例系数KP和积分系数KI；

所述的速度PI调节器接收速度给定量Vcmd与Vfb的差值，以及参数自调整装置输出的比例系数KP和积分系数KI，并输出OUT量；

所述的参数自调整装置内设有比较模块和n个具有滞环回路的子模块，每个子模块设有不同的速度范围区间以及输出的速度环参数KP、KI，比较模块用于将反馈信号Vfb与各子模块速度区间比较，并置入匹配的子模块，并输出相应子模块的速度环参数KP和KI；

其中，n为大于等于2的自然数。

通过设置多个滞环回路的子模块可以防止切换抖动。

较佳地，所述的每个子模块的速度范围有速度阈值V2n-1，V2n限定，且V2n-1＜V2n，所述的反馈信号Vfb与子模块各速度阈值限定的速度范围相比较，并置入匹配的子模块。

较佳地，相邻的两个子模块具有如下关系：

前置子模块的速度阈值上限小于等于后置子模块的速度阈值下限。

所述的前置和后置在本文中不限定为位置的设定，而是根据速度范围进行排序。例如A1模块中具有速度阈值V1，V2，限定(V1，V2)的速度范围，认为A2模块汇总具有速度阈值V3，V4，限定(V3，V4)的速度范围，若V1，V2速度小于V3，V4，则A1模块是A2模块的前置模块，A2模块为A1模块的后置模块，若后续模块中不存在介于(V1，V2)和(V3，V4)之间的速度范围，则认为，A1模块是A2模块相邻的前置模块，同理，A2模块是A1模块相邻的后置模块。

优选的，所述的前置子模块的速度阈值上限值等于后置子模块的速度阈值下限值。通过此方法能够得到平滑地切换。

较佳地，所述的参数自调整装置内设有A1、A2……An个带有滞环电路的子模块；

Am模块具有速度阈值V2m-1、V2m即对应的输出速度环参数KP_2m-2，KI_2m-2以及KP_2m-1，KI_2m-1，其中V2m-1＜V2m且V2m-2≤V2m-1；

其中1≤m≤n，m为自然数。

其可理解为：

A1模块具有速度阈值V1、V2即对应的输出速度环参数KP_1，KI_1以及KP_2，KI_2，其中V1＜V2；

A2模块具有速度阈值V3、V4即对应的输出速度环参数KP_2，KI_2以及KP_3，KI_3，其中V3＜V4且V2≤V3；

……

An模块具有速度阈值V2n-1、V2n即对应的输出速度环参数KP_2n-2，KI-_2n-2以及KP_2n-1，KI_2n-1，其中V2n-1＜V2n且V2n-2≤V2n。

较佳地，当Vfb≥V2n-1,Vfb<V2n时，且输出的速度环参数为KP_2n-2,KI_2n-2，若Vfb继续增大，在Vfb≥V2n之前，An模块一直保持输出的速度环参数为KP_2n-2,KI_2n-2，当Vfb≥V2n时，An模块输出的速度环参数切换为KP_2n-1,KI_2n-1，并一直保持以此参数作为输出量。若在Vfb≥V2n后，其值开始减小，但是仍然处于Vfb≥V2n-1时，An依旧保持输出的速度环参数为KP_2n-1,KI_2n-1，直到当Vfb<V2n-1时，An输出的速度环参切换为KP_2n-2,KI_2n-2。

较佳地，所述的参数自调整装置包括开关S，当其中一个子模块最终输出所需的参数时，其会拨到此参数输出口，选择此参数，并输出到速度PI调节器。

开关S主要功能为：判断哪组参数需要最终输出，并将开关拨到此参数输出口，并最终输出参数。

较佳地，n≤500。

较佳地，2≤n≤5。

本发明的另一方面，提供一种同步电机速度环参数自调整系统，包括提供速度给定量Vcmd的用户速度给定模块、电机、速度传感器和所述的同步电机速度环参数自调整装置，同步电机速度环参数自调整装置的输出OUT量输出至电机，速度传感器采集电机的速度反馈信号Vfb。

较佳地，还包括电流PI调节器、逆变单元和电流检测模块，所述的同步电机速度环参数自调整装置的输出OUT量输出至电流PI调节器，电流PI调节器将输出的电流信号Icmd输出至逆变单元，并输出电流至电机，所述的电流检测模块检测逆变单元输出的电流反馈并传送到电流PI调节器进行运算。

参数自调整装置可以采用硬件模拟电路实现，也可以采用微处理器实现(MCU、CPU等)，如DSP、单片机、FPGA、CPLD等。

同步电机，可以是N相开关磁阻电机，其中N＝2、3、4、……，且其极对数分别对对应相数下，所有可能的极对数组合。

本发明的有益效果是本发明可以通过反馈速度的判断对速度环参数进行自调整，使速度环参数更加匹配不同速度下的要求，从而减小速度的超调量，使速度调节时间更短，使电机的速度响应更快，获得更好的调速性能。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施方式)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明根据第一实施例的速度环控制框图；

图3是本发明根据第一实施例的参数自调整装置框图；

图4是本发明根据第一实施例的参数自调整装置内部框图；

图5是本发明根据第二实施例的速度环控制框图；

图6是本发明根据第二实施例的参数自调整装置框图；

图7是本发明根据第二实施例的参数自调整装置内部框图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

现有技术中的开关磁阻电机在很多应用场合主要以速度控制为主，主要是对转速的调节，基本采用一组KP，KI参数用做速度环的调节参数，一组速度环的KP，KI参数很难满足整个速度变化范围的要求和调速性能的要求，会造成速度超调过大、调节时间过长或速度出现震荡等一系列问题，严重影响了开关磁阻电机的应用和适应性。本发明通过在参数自调整装置中设置多个滞环回路使得防止转换过程中发生抖动。

如图1所示，发明公开一种同步电机速度环参数自调整系统，包括提供速度给定量Vcmd的用户速度给定模块、电机、速度传感器和同步电机速度环参数自调整装置、电流PI调节器、逆变单元和电流检测模块，同步电机速度环参数自调整装置的输出OUT量输出至电流PI调节器，电流PI调节器将输出的电流信号Icmd输出至逆变单元，并输出电流至电机，所述的电流检测模块检测逆变单元输出的电流反馈并传送到电流PI调节器进行运算。同步电机速度环参数自调整装置的输出OUT量输出至电机，速度传感器采集电机的速度反馈信号Vfb。

同步电机速度环参数自调整装置，其特征在于，包括速度PI调节器和参数自调整装置；参数自调整装置接收速度反馈信号Vfb，并输出比例系数KP和积分系数KI；速度PI调节器接收速度给定量Vcmd与Vfb的差值，以及参数自调整装置输出的比例系数KP和积分系数KI，并输出OUT量；参数自调整装置内设有比较模块和n个具有滞环回路的子模块，每个子模块设有不同的速度范围区间以及输出的速度环参数KP、KI，比较模块用于将反馈信号Vfb与各子模块速度区间比较，并置入匹配的子模块，并输出相应子模块的速度环参数KP和KI；n为大于等于2小于等于500的自然数。

本发明的框图如图2所示，其中Vcmd表示速度给定量，其可以由诸如控制器的装置提供，Vfb表示当前电机速度反馈量，参数自调整装置接收到Vfb的值，通过内部判断计算获取当前速度下所需要的速度环调节的参数(KP,KI)，并将此参数输入到速度环调节器中。速度环调节器接收Vcmd与Vfb的差值和由参数自调整装置输出的(KP，KI)参数，在内部进行PI调节操作，输出Out量，Out量可以是转矩给定量或是电流给定量或是任何需要表示的物理量等，其下游可连接诸如电机的执行机构。

实施例1

图3示出的是参数自调整装置的示意图。如图3所示，参数自调整装置的输入量是Vfb，而输出量为KP、KI值，参数自调整装置内部具有多个子模块，由A1至An标识，共有n个模块。每个模块中具有两个速度范围，如A1模块对应V1、V2两个速度量；A2模块对应V3、V4两个速度范围；以此类推，An模块对应V2n-1和V2n两个速度范围。针对每个子模块中，速度量不等，如在A1模块中V1＜V2，在A2模块中V3＜V4，同理在An模块中V2n-1＜V2n。但是对于相邻的模块，前一个子模块的上限速度与后一个子模块的下限速度具有的关系为V2n≤V2n+1，例如A1模块中的V2与A3模块中的V3具有的关系为V2≤V3。每个子模块的速度的不同范围对应不同的速度环参数，当速度反馈量Vfb进入参数自调整装置后，首先判断Vfb的速度处于哪个速度范围内，随后获得在该速度区间内的速度环参数，并输出到速度PI调解其中。

图4示出的是子模块内部关系示意图，进一步解释了该模块之间速度调节的关系，图4中以A1模块和A2模块这两个子模块为例。如图4所示，每个模块内部为滞环回路。△V1＝V2-V1，△V1位滞环回路的差值，当速度小于V1时，输出的速度环参数为(KP_1，KI_1),随着反馈速度的增大，在反馈速度大于V2之前，A1模块一直保持输出的速度环参数为(KP_1，KI_1)，当Vfb≥V2，且Vfb<V3时，A1模块输出的速度环参数为(KP_2，KI_2)，若此时当Vfb继续增加，在Vfb≥V4之前，一直保持输出的速度环参数为(KP_2，KI_2)，并在这个过程种逐渐切换到A2模块，且此时A模块也保持输出的速度环参数为(KP_2，KI_2)。若此时当Vfb开始减小，但是还是处于Vfb≥V1时，A1还是保持输出的速度环参数为(KP_2，KI_2)，当Vfb减小到Vfb<V1时，A1输出的速度环参数变为(KP_1，KI_1)。依次类推，参数此时输出的速度环参数为(KP_2n-2,KI_2n-2)，且Vfb≥V2n-1,Vfb<V2n时，若Vfb继续增大，在Vfb≥V2n之前，An模块一直保持输出的速度环参数为(KP_2n-2,KI_2n-2)，当Vfb≥V2n时，An模块输出的速度环参数切换为KP_2n-1,KI_2n-1)，并一直保持以此参数作为输出量。若在Vfb≥V2n后，其值开始减小，但是仍然处于Vfb≥V2n-1时，An依旧保持输出的速度环参数为(KP_2n-1,KI_2n-1)，直到当Vfb<V2n-1时，An输出的速度环参切换为(KP_2n-2,KI_2n-2)。其它模块以此方式对输入的Vfb进行判断后，输出相应的速度环参数值。在A1至An模块输出对应的速度环参数后，开关S或拨到对应的那组参数位置，并使此参数作为参数自调整装置的最后输出值，并传递到速度PI调节器中。

所述V2n可以是电机的最高转速，也可以是电机在这个速度段后，采用同一组速度环参数都能满足性能要求的速度划分点。

实施例2

实施例2与实施例1的区别点在于，实施例2采用了两个子模块，也是实现本申请的最少模块。

本发明的系统框图如图6所示，Vcmd为速度给定量，Vfb为当前电机速度反馈量，参数自调整装置接收到Vfb的值，通过内部判断计算获得当前速度下所需要的速度环调节的参数(KP，KI)，并将此参数输入到速度环调节器中。速度环调节器接收Vcmd与Vfb的差值和由参数自调整装置输出的(KP，KI)参数，在内部进行PI调节操作，并输出Out量，Out量可以是转矩给定量或是电流给定量或是任何所需要表示的物理量等。

所述参数自调整装置，其内部框图如图6所示，其内部有A1至A2两个模块，每个模块对应两个速度范围，如A1模块对应V1、V2两个速度范围，且V1<V2；A2模块对应V3、V4两个速度范围，且V2<V3、V3<V4；每个模块的速度的不同范围对应不同的速度环参数，当速度反馈量Vfb进入参数自调整装置后，首先判断其在哪个速度范围内，随后获得在这个范围内的速度环参数，并输出到速度PI调节器中。

所述A1、A2模块，其具体内部框图如图7所示，每个模块内部都有一个滞环回路，如模块A1所示，△V1＝V2-V1，△V1位滞环回路的差值，当速度小于V1时，输出的速度环参数为(KP_1，KI_1),随着反馈速度的增大，在反馈速度大于V2之前，A1模块一直保持输出的速度环参数为(KP_1，KI_1)，当Vfb≥V2，且Vfb<V3时，A1模块输出的速度环参数为(KP_2，KI_2)，若此时当Vfb继续增加，在Vfb≥V4之前，一直保持输出的速度环参数为(KP_2，KI_2)，并在这个过程种逐渐切换到A2模块，且此时A模块也保持输出的速度环参数为(KP_2，KI_2)。若此时当Vfb开始减小，但是还是处于Vfb≥V1时，A1还是保持输出的速度环参数为(KP_2，KI_2)，当Vfb减小到Vfb<V1时，A1输出的速度环参数变为(KP_1，KI_1)。当Vfb≥V3,Vfb<V4时，且此时输出的速度环参数为(KP_2,KI_2)，此时已进入模块A2内部，若Vfb继续增大，在Vfb≥V4之前，A2模块一直保持输出的速度环参数为(KP_2,KI_2)，当Vfb≥V4时，A2模块输出的速度环参数切换为(KP_3,KI_3)，并一直保持以此参数作为输出量。若在Vfb>＝V4后，其值开始减小，但是仍然处于Vfb≥V3时，那么模块依旧保持输出的速度环参数为(KP_3,KI_3)，直到当Vfb<V3时，An输出的速度环参切换为(KP_2,KI_2)。在A1和A2模块输出对应的速度环参数后，开关S或拨到对应的那组参数位置，并使此参数作为参数自调整装置的最后输出值，并传递到速度PI调节器中。

所述V4可以是电机的最高转速，也可以是电机在这个速度段后，采用同一组速度环参数都能满足性能要求的速度划分点。

其中图1、图2、图3、图5、图6中的m＝2n-1。

如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了解本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种同步电机速度环参数自调整装置，其特征在于，包括速度PI调节器和参数自调整装置；

所述参数自调整装置内设有比较模块和A1、A2……An共n个具有滞环回路的子模块，n为大于等于2的自然数，每个子模块设有不同的速度范围区间以及输出的速度环参数KP、KI，相邻的两个子模块中前置子模块的速度阈值上限小于等于后置子模块的速度阈值下限；其中Am模块具有速度阈值V2m-1、V2m，对应的输出速度环参数分别为(KP_2m-2，KI_2m-2)、(KP_2m-1，KI_2m-1)，V2m-1＜V2m，1≤m≤n，m为自然数，所述比较模块用于将接收到的电机速度反馈信号Vfb与各子模块的各速度阈值限定的速度范围相比较，并置入匹配的子模块，并输出相应子模块的速度环参数KP和KI，其中KP为比例系数，KI为积分系数，当V2m-1≤Vfb<V2m，且Am子模块输出的速度环参数为(KP_2m-2 ,KI_2m-2)时，若Vfb继续增大，在Vfb≥V2m之前，Am子模块一直保持输出的速度环参数为 (KP_2m-2, KI_2m-2)，当Vfb≥V2m时，Am模块输出的速度环参数切换为(KP_2m-1 ,KI_2m-1)，并一直保持以此参数作为输出量；当Vfb≥V2m时，若Vfb开始减小，但是仍然处于Vfb≥V2m-1时，Am子模块依旧保持输出的速度环参数为(KP_2m-1 ,KI_2m-1)，直到当Vfb<V2m-1时，Am子模块输出的速度环参切换为(KP_2m-2 ,KI_2m-2)；

所述速度PI调节器接收速度给定量Vcmd与Vfb的差值以及参数自调整装置输出的KP和KI，在内部进行PI调节操作，并输出OUT量；

所述同步电机为开关磁阻电机。

2.根据权利要求1所述的同步电机速度环参数自调整装置，其特征在于，所述参数自调整装置包括开关S，当其中一个子模块最终输出所需的参数时，开关S会拨到此参数输出口，选择此参数，并输出到速度PI调节器。

3.根据权利要求1至2任一所述的同步电机速度环参数自调整装置，其特征在于，n≤500。

4.根据权利要求3所述的同步电机速度环参数自调整装置，其特征在于，2≤n≤5。

5.一种同步电机速度环参数自调整系统，其特征在于，包括提供速度给定量Vcmd的用户速度给定模块、电机、速度传感器和采用如权利要求1至4任一所述的同步电机速度环参数自调整装置，同步电机速度环参数自调整装置的输出OUT量输出至电机，速度传感器采集电机的速度反馈信号Vfb。

6.根据权利要求5所述的同步电机速度环参数自调整系统，其特征在于，还包括电流PI调节器、逆变单元和电流检测模块，所述的同步电机速度环参数自调整装置的输出OUT量输出至电流PI调节器，电流PI调节器将输出的电流信号Icmd输出至逆变单元，并输出电流至电机，所述的电流检测模块检测逆变单元输出的电流反馈并传送到电流PI调节器进行运算。