CN109713977A - 一种速度环控制参数整定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种速度环控制参数整定方法和装置，其中，该方法包括：根据电机速度环参数理论计算公式确定速度环PI控制器的比例参数理论值和积分参数理论值作为速度环整定的比例参数初始值和积分参数初始值根据比例参数初始值和积分参数初始值以及设置的迭代步长和迭代公式在迭代方向上确定误差积分性能评价函数的最小评价值，并在该最小评价值不大于预设阈值时得到对应的积分参数和比例参数。利用本发明，改善速度环控制参数整定效果，不依赖于电机系统的模型，适用性更广，易操作，整定效率高。

Description

一种速度环控制参数整定方法及装置

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种速度环控制参数整定方法及装置。

背景技术

交流同步电机速度控制通常采用速度PI控制器，包含比例参数(P)和积分参数(I)，由于不同应用场合有不同性能需求，为实现良好的控制性能，通常需要根据应用需求重新调整速度环PI控制参数。

速度环PI控制参数整定常用方法有两种：(1)基于模型的理论公式计算法，控制性能由建模的准确性决定，实际模型复杂，误差大；(2)基于经验的整定法，需根据不同应用需要、专业经验制定整定规则，控制性能由专业人员经验决定，适用性较低、效率较低。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种速度环控制参数整定方法，实现参数整定自动化，从而降低劳动成本、提高电机调试效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种速度环控制参数整定方法，所述方法包括：根据电机速度环参数理论计算公式(1)确定速度环PI控制器的比例参数理论值和积分参数理论值作为速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值其中，T_s为速度环控制周期，T_pwm为逆变器时间常数，T_f为速度环低通滤波器的时间常数，J为系统等效至电机轴的转动惯量，K_t为电机转矩系数；根据系统响应要求确定误差积分性能评价函数E(K_p，K_I)；其中，p、q为权重因子；设置速度环PI参数整定的迭代步长其中，5％≦m₁≦30％、5％≦m₂≦30％；根据所述速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及所述迭代步长确定比例参数K_P迭代方向μ_P；根据所述积分参数初始值以及迭代公式在所述迭代方向μ_P上搜索所述误差积分性能评价函数评价值的最小值以确定比例参数根据所述速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及所述迭代步长确定积分参数K_I迭代方向μ_I；设置所述速度环参数整定的比例参数初始值根据所述比例参数初始值以及迭代公式在所述迭代方向μ_I上搜索所述误差积分性能评价函数的最小值，以确定积分参数根据计算得到的比例参数和积分参数为确定所述误差积分性能评价函数的最小性能评价值为并判断所述最小性能评价值是否不大于预设的阈值E_th；当不大于预设的阈值E_th时，确定速度环PI控制参数为

其中，当不满足不大于预设的阈值E_th时，所述方法还包括：分别设置所述速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值其中，设置i＝0、j＝0；然后重新执行根据所述速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及所述迭代步长确定比例参数K_P迭代方向μ_P步骤。

其中，当不满足时，所述方法还包括：判断整定轮数n是否达到限制的最大整定轮数N；当整定轮数n未达到限制的最大整定轮数N时，分别设置所述速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值其中，设置i＝0、j＝0；然后重新执行根据所述速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及所述迭代步长确定比例参数K_P迭代方向μ_P的步骤；当整定轮数n已达到限制的最大整定轮数N时，输出当前计算得到的比例参数和积分参数。

其中，m₁＝20％、m₂＝10％。

其中，所述根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长确定比例参数K_P迭代方向μ_P，具体包括：根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_p分别设置速度环PI控制参数为 根据相应电机阶跃速度响应，计算所述误差积分性能评价函数的评价值判断评价值 大小关系：若则计算得到迭代方向μ_P＝+1，即，迭代方向为正；若则计算得到迭代方向μ_P＝-1，即，迭代方向为负；若则根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_p设置速度环PI控制参数为然后计算所述误差积分性能评价函数的评价值并根据评价值和的大小关系计算迭代方向μ_P的值，以判断迭代方向。

其中，所述根据积分参数初始值以及迭代公式在所述迭代方向μ_P上搜索误差积分性能评价函数评价值的最小值以确定比例参数具体包括：根据积分参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_P上搜索，计算第i次迭代的误差积分性能评价函数的评价值若满足且时，则根据误差积分性能评价函数评价值的最小值确定比例参数为

其中，所述设置所述速度环参数整定的比例参数初始值根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长确定积分参数K_I迭代方向μ_I，具体包括：根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_I分别设置速度环PI控制参数为根据相应电机阶跃速度响应，计算所述误差积分性能评价函数的评价值判断评价值的大小关系：若则计算得到迭代方向μ_I＝+1，即，迭代方向为正；若则计算得到迭代方向μ_I＝-1，即，迭代方向为负；若则根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_I设置速度环PI控制参数为然后计算所述误差积分性能评价函数的评价值并根据评价值和的大小关系计算迭代方向μ_I的值，从而判断迭代方向。

其中，所述设置所述速度环参数整定的比例参数初始值根据比例参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_I上搜索误差积分性能评价函数的最小值以确定积分参数具体包括：根据比例参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_I上搜索，计算第j次迭代的误差积分性能评价函数的评价值若满足且时，则根据误差积分性能评价函数评价值的最小值确定积分参数为

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种速度环控制参数整定装置，所述装置包括：赋值模块，用于根据电机速度环参数理论计算公式(1)确定速度环PI控制器的比例参数理论值和积分参数理论值作为速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值其中，T_s为速度环控制周期，T_pwm为逆变器时间常数，T_f为速度环低通滤波器的时间常数，J为系统等效至电机轴的转动惯量，K_t为电机转矩系数；函数确定模块，用于根据系统响应要求确定误差积分性能评价函数E(K_p，K_I)；其中，p、q为权重因子；设置模块，用于设置速度环PI参数整定的迭代步长其中，5％≦m₁≦30％、5％≦m₂≦30％；迭代方向确定模块，用于根据所述速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及所述迭代步长分别确定比例参数K_P迭代方向μ_P和积分参数K_I迭代方向μ_I；计算模块，用于根据所述积分参数初始值以及迭代公式在所述迭代方向μ_P上搜索所述误差积分性能评价函数评价值的最小值以确定比例参数以及根据所述比例参数初始值以及迭代公式在所述迭代方向μ_I上搜索所述误差积分性能评价函数的最小值，以确定积分参数参数确定模块，用于根据计算得到的比例参数和积分参数为确定所述误差积分性能评价函数的最小性能评价值为并当所述最小性能评价值时，确定速度环PI控制参数为其中，E_th为预设的阈值E_th。

其中，所述赋值模块还用于当所述参数确定模块确定不满足时，分别设置所述速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值其中，设置i＝0、j＝0。

其中，还包括整定统计模块，用于当所述参数确定模块确定不满足时，判断整定轮数n是否达到限制的最大整定轮数N；当整定轮数n未达到限制的最大整定轮数N时，所述赋值模块分别设置所述速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值当整定轮数n已达到限制的最大整定轮数N时，所述参数确定模块输出当前计算得到的比例参数和积分参数。

其中，所述迭代方向确定模块包括：参数设置子模块，用于根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_p和ΔK_I分别设置速度环PI控制参数；评价值计算子模块，用于根据相应电机阶跃速度响应，计算所述误差积分性能评价函数的评价值；评价值比较子模块，用于判断所述评价值计算子模块计算得到的评价值大小关系；迭代方向判断子模块，用于根据所述评价值比较子模块的判断结果确定迭代方向。

其中，所述计算模块包括：搜索子模块，用于根据积分参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_P上搜索，计算第i次迭代的误差积分性能评价函数的评价值以及设置所述速度环参数整定的比例参数初始值根据比例参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_I上搜索，计算第j次迭代的误差积分性能评价函数的评价值判断子模块，用于判断评价值和是否为最小值；参数确定子模块，用于根据所述判断子模块的判断结果确定比例参数。

以上方案中，根据电机速度环参数理论计算公式确定整定初始值，基于速度误差积分性能指标，将比例参数和积分参数轮换迭代，经一轮轮迭代搜索出满足应用要求的控制参数，从而实现速度环控制参数自动整定的目的，不依赖于专业人员的经验，整定效率高、适用性更广。同时本发明的速度环控制参数整定，不依赖于电机系统的模型，整定准确率高、且易操作。

附图说明

图1是本发明第一实施方式中的一种速度环控制参数整定方法的流程示意图；

图2是本发明实施方式中的确定比例参数K_P迭代方向μ_P的方法的流程示意图；

图3是本发明实施方式中的确定比例参数的方法的流程示意图；

图4是本发明实施方式中的确定积分参数K_I迭代方向μ_I的方法的流程示意图；

图5是本发明实施方式中的确定积分参数的方法的流程示意图；

图6是本发明第二实施方式中的一种速度环控制参数整定方法的流程示意图；

图7是本发明第一实施方式中的一种速度环控制参数整定装置的功能模块结构示意图；

图8是本发明实施方式中的迭代方向确定模块的功能模块结构示意图；

图9是本发明实施方式中的计算模块的功能模块结构示意图；

图10是本发明第二实施方式中的一种速度环控制参数整定装置的功能模块结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

请参阅图1，为本发明第一实施方式中的一种速度环控制参数整定方法的流程示意图，该方法包括如下步骤。

步骤S10，根据电机速度环参数理论计算公式(1)确定速度环PI控制器的比例参数理论值和积分参数理论值，作为速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值。

其中，为比例参数理论值，为积分参数理论值，为比例参数初始值，为积分参数初始值，T_s为速度环控制周期，T_pwm为逆变器时间常数，T_f为速度环低通滤波器的时间常数，J为系统等效至电机轴的转动惯量，K_t为电机转矩系数。

该速度环PI控制器是被测电机驱动器内部速度控制闭环的PI控制器，PI控制器比例参数和积分参数就是所需要整定的速度环控制参数。

在本实施方式中，速度环低通滤波器的时间常数T_f、速度环控制周期T_s、以及逆变器时间常数T_pwm是根据电机驱动器控制周期及滤波参数得到；电机转矩系数K_t是根据电磁转矩与电机相电流比值确定，即，根据公式计算电机转矩系数K_t，其中，T_e为电机电磁转矩，I为电机相电流平均值；转动惯量J可利用直接计算法、加减速法、递推最小二乘法、扩展卡尔曼滤波算法、模型参考自适应辨识等惯量辨识法等进行计算，例如，直接计算法：根据公式J＝mr²计算转动惯量J，其中，m为电机轴质量，r为电机轴半径；加减速法：根据公式计算转动惯量J，其中，t为时间，w为电机转速。

具体地，如上述内容可知，在步骤S10之前，即，根据电机速度环参数理论计算公式(1)确定速度环PI控制器的比例参数理论值和积分参数理论值，作为速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值之前，该方法还包括：

电机驱动器获取速度环低通滤波器的时间常数T_f、速度环控制周期T_s、以及逆变器时间常数T_pwm，采集被测电机包括电磁转矩T_e、电机相电流的工作参数以计算电机转矩系数K_t，以及采集被测电机包括电机轴质量m、电机轴半径r的工作参数(或者电机工作时间t、电机转速w)以计算转动惯量J。

步骤S11，根据系统响应要求确定误差积分性能评价函数。

其中，误差积分性能评价函数p、q为权重因子。

具体地，给定周期性阶跃速度指令作为速度驱动指令，以误差积分性能评价函数E(K_p，K_I)作为速度环参数整定的评价函数，根据被测电机速度响应时间、超调误差要求，设定权重因子p、q。

进一步地，被测电机速度响应时间、超调误差要求是根据应用场合确定的。

其中，权重因子p、q在1～100内取值。权重因子p用于强化阶跃响应正向误差，缩短响应调节时间，权重因子q用于强化阶跃响应超调误差。当评价函数值越小，说明越接近所要求的响应性能。根据对系统响应要求选择适当的误差积分性能评价函数，作为速度环PI参数轮换整定的目标函数，当评价函数值最小时，则表示此速度环PI参数下最接近所要求系统响应性能。

步骤S12，设置速度环PI参数整定的迭代步长

其中，5％≦m₁≦30％、5％≦m₂≦30％。

具体地，迭代步长选定会影响速度环PI参数整定时间和整定效果：迭代步长小，整定效果较好，但整定时间长；迭代步长太大，则可能无法达到整定效果。因此，迭代步长根据速度环参数整定的初始值确定，即，在速度环参数整定初始值的5％-30％范围内选取。在本实施方式中，m₁＝20％、m₂＝10％，即，

步骤S13，根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长确定比例参数K_p迭代方向μ_p。

具体地，请同时参阅图2，步骤S13，即，根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长确定比例参数K_P迭代方向μ_P，具体通过如下步骤实现：

步骤S131，根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_p分别设置速度环PI控制参数为

步骤S132，根据相应电机阶跃速度响应，计算该误差积分性能评价函数的评价值

步骤S133，判断评价值大小关系：若则进入步骤S134；若则进入步骤S135；若则进入步骤S136；

步骤S134，计算得到迭代方向μ_P＝+1，即，迭代方向为正；

步骤S135，计算得到迭代方向μ_P＝-1，即，迭代方向为负；

步骤S136，根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_p设置速度环PI控制参数为然后返回步骤S132，以计算该误差积分性能评价函数的评价值再次根据评价值和的大小关系计算迭代方向μ_P的值，从而判断迭代方向。

步骤S14，根据积分参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_P上搜索误差积分性能评价函数评价值的最小值以确定比例参数

具体地，请同时参阅图3，步骤S14，即，根据积分参数初始值以及迭代公式在所述迭代方向μ_P上搜索误差积分性能评价函数评价值的最小值以确定比例参数具体通过如下步骤实现：

步骤S141，根据积分参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_P上搜索，计算第i次迭代的误差积分性能评价函数的评价值

步骤S142，判断评价值大小关系：若且时，则进入步骤S143；否则，返回步骤S141；

步骤S143，根据误差积分性能评价函数评价值的最小值确定比例参数为

步骤S15，设置所述速度环参数整定的比例参数初始值根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长确定积分参数K_I迭代方向μ_I。

具体地，请同时参阅图4，步骤S15，即，根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长确定积分参数K_I迭代方向μ_I，具体通过如下步骤实现：

步骤S151，设置所述速度环参数整定的比例参数初始值根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_I分别设置速度环PI控制参数为

步骤S152，根据相应电机阶跃速度响应，计算该误差积分性能评价函数的评价值

步骤S153，判断评价值的大小关系：若则进入步骤S154；若 则进入步骤S155；若则进入步骤S156；

步骤S154，计算得到迭代方向μ_I＝+1，即，迭代方向为正；

步骤S155，计算得到迭代方向μ_I＝-1，即，迭代方向为负；

步骤S156，根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_I设置速度环PI控制参数为然后返回步骤S152，以计算该误差积分性能评价函数的评价值再次根据评价值和的大小关系计算迭代方向μ_I的值，从而判断迭代方向。

步骤S16，根据比例参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_I上搜索误差积分性能评价函数的最小值以确定积分参数

具体地，请同时参阅图5，步骤S16，即，根据比例参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_I上搜索误差积分性能评价函数的最小值，以确定积分参数具体通过如下步骤实现：

步骤S161，根据比例参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_I上搜索，计算第j次迭代的误差积分性能评价函数的评价值

步骤S162，判断评价值大小关系：若且时，则进入步骤S163；否则，返回步骤S161；

步骤S163，根据误差积分性能评价函数评价值的最小值确定积分参数为

步骤S17，根据计算得到的比例参数和积分参数为确定误差积分性能评价函数的最小性能评价值为判断该最小性能评价值是否不大于预设的阈值E_th：若满足时，则进入步骤S18；否则，进入步骤S19。

其中，预设的阈值E_th根据设置的目标速度指令、评价函数、响应时间和超调误差要求取值。

步骤S18，确定速度环PI控制参数为整定完成。流程结束。

整定完成后，电机驱动器根据速度环PI控制参数驱动电机工作，使电机根据需求进行工作。

满足时，说明计算得到的速度环比例参数和积分参数符合系统响应要求，则输出相应参数整定完成。

进一步地，当满足时，设置速度环PI参数为再次运行电机计算性能评价值，若连续五次计算的性能评价值则速度环比例参数和积分参数符合系统响应要求，输出相应参数整定完成。

步骤S19，分别设置速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值其中，设置i＝0、j＝0；然后，返回步骤S13。

当不满足时，说明计算得到的速度环比例参数和积分参数不符合系统响应要求，此时赋值下一轮参数整定初始值执行下一轮比例参数和积分参数整定，直至计算得到的速度环比例参数和积分参数符合系统响应要求。

请参阅图6，为本发明第二实施方式中的一种速度环控制参数整定方法的流程示意图，该方法相对于第一实施方式中的速度环控制参数整定方法，在分别设置速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值的步骤之前，还包括如下步骤。

S209，判断整定轮数n是否达到限制的最大整定轮数N；若是，则输出当前计算得到的速度环PI整定参数，然后流程结束；否则，进入步骤S210；

步骤S210，分别设置速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值其中，设置i＝0、j＝0；然后，返回步骤S203。

当整定轮数n达到限制的最大整定轮数N，仍无法满足阈值E_th要求，则说明无法整定到所要求的响应性能，将当前整定的速度环比例参数和积分参数输出，整定结束。

请参阅图7，为本发明第一实施方式中的一种速度环控制参数整定装置的功能模块结构示意图，该装置30包括：

赋值模块31，用于根据电机速度环参数理论计算公式(1)确定速度环PI控制器的比例参数理论值和积分参数理论值作为速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值其中，T_s为速度环控制周期，T_pwm为逆变器时间常数，T_f为速度环低通滤波器的时间常数，J为系统等效至电机轴的转动惯量，K_t为电机转矩系数。

在本实施方式中，速度环低通滤波器的时间常数T_f、速度环控制周期T_s、以及逆变器时间常数T_pwm是根据电机驱动器控制周期及滤波参数得到；电机转矩系数K_t是根据电磁转矩与电机相电流比值确定，即，根据公式计算电机转矩系数K_t，其中，T_e为电机电磁转矩，I为电机相电流平均值；转动惯量J可利用直接计算法、加减速法、递推最小二乘法、扩展卡尔曼滤波算法、模型参考自适应辨识等惯量辨识法等进行计算。

函数确定模块32，用于根据系统响应要求确定误差积分性能评价函数E(K_p，K_I)；其中，p、q为权重因子；其中，权重因子p、q在1～100内取值。权重因子p用于强化阶跃响应正向误差，缩短响应调节时间，权重因子q用于强化阶跃响应超调误差。当评价函数值越小，说明越接近所要求的响应性能。

设置模块33，用于设置速度环PI参数整定的迭代步长 其中，5％≦m₁≦30％、5％≦m₂≦30％。在本实施方式中，m₁＝20％、m₂＝10％，即，

迭代方向确定模块34，用于根据该速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及所述迭代步长分别确定比例参数K_P迭代方向μ_P和积分参数K_I迭代方向μ_I。

计算模块35，用于根据积分参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_P上搜索所述误差积分性能评价函数评价值的最小值以确定比例参数以及根据比例参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_I上搜索该误差积分性能评价函数的最小值，以确定积分参数

参数确定模块36，用于根据计算得到的比例参数和积分参数确定误差积分性能评价函数的最小性能评价值为并判断该最小性能评价值是否不大于预设的阈值E_th：当满足时，确定速度环PI控制参数为

该赋值模块31还用于当参数确定模块36确定不满足 时，分别设置该速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值其中，设置i＝0、j＝0。然后，由该速度环参数整定装置开始下一轮的参数整定，直至整定计算得到的最小性能评价值满足不大于预设的阈值E_th的条件，则此时输出当前计算得到的比例参数和积分参数，以完成整定。

进一步地，请同时参阅图8，该迭代方向确定模块34具体包括：

参数设置子模块341，用于根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_p和ΔK_I分别设置速度环PI控制参数；具体地，对应迭代步长ΔK_p设置速度环PI控制参数为 对应迭代步长ΔK_I设置速度环PI控制参数为

评价值计算子模块342，用于根据相应电机阶跃速度响应，计算该误差积分性能评价函数的评价值；具体地，根据设置的速度环PI控制参数计算误差积分性能评价函数的评价值为根据设置的速度环PI控制参数 计算误差积分性能评价函数的评价值为

评价值比较子模块343，用于判断计算得到的评价值大小关系；

迭代方向判断子模块344，用于根据评价值比较子模块343的判断结果确定迭代方向，具体地：

若则计算得到迭代方向μ_P＝+1，即，迭代方向为正；

若则计算得到迭代方向μ_P＝-1，即，迭代方向为负；

若则计算得到迭代方向μ_I＝+1，即，迭代方向为正；

若则计算得到迭代方向μ_I＝-1，即，迭代方向为负；

进一步地，当评价值比较子模块343的判断结果为计算得到的评价值相等时，该参数设置子模块341还用于根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_p和ΔK_I继续迭代以设置速度环PI控制参数。

重新设置速度环PI控制参数后，由评价值计算子模块342再次计算该误差积分性能评价函数的评价值，使得迭代方向判断子模块344根据评价值比较子模块343的判断结果，判断迭代方向。具体地：

若则参数设置子模块341根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_p设置速度环PI控制参数为评价值计算子模块342计算该误差积分性能评价函数的评价值该迭代方向判断子模块344再次根据评价值和的大小关系计算迭代方向μ_P的值，从而判断迭代方向。

若则参数设置子模块341根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_I设置速度环PI控制参数为该评价值计算子模块342计算该误差积分性能评价函数的评价值为该迭代方向判断子模块344再次根据评价值和的大小关系计算迭代方向μ_I的值，从而判断迭代方向。

进一步地，请同时参阅图9，该计算模块35包括：

搜索子模块351，用于根据积分参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_P上搜索，计算第i次迭代的误差积分性能评价函数的评价值以及根据比例参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_I上搜索，计算第j次迭代的误差积分性能评价函数的评价值

判断子模块352，用于判断评价值是否满足 且以确定所述评价值是否为最小值；以及判断评价值是否满足且以确定所述评价值是否为最小值；

参数确定子模块353，用于根据所述判断子模块352的判断结果确定比例参数和积分参数。具体地，当评价值和为最小值时，确定对应的比例参数为积分参数为

请参阅图10，为本发明第二实施方式中的一种速度环控制参数整定装置的功能模块结构示意图，相对于第一实施方式中的速度环控制参数整定装置，该装置40还包括：

整定统计模块47，用于当不满足时，判断整定轮数n是否达到限制的最大整定轮数N；

当整定轮数n未达到限制的最大整定轮数N时，该赋值模块41分别设置速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值然后由该速度环参数整定装置如上所述的开始下一轮的参数整定，直至整定计算得到的最小性能评价值满足不大于预设的阈值E_th的条件，则此时输出当前计算得到的比例参数和积分参数，以完成整定。

当整定轮数n已达到限制的最大整定轮数N时，所述参数确定模块36输出当前计算得到的比例参数和积分参数，整定结束。

如上所述，本发明提供的一种速度环控制参数整定方法和装置，根据电机速度环参数理论计算公式确定整定初始值，基于速度误差积分性能指标，将比例参数和积分参数轮换迭代，经一轮轮迭代搜索出满足应用要求的控制参数，从而实现速度环控制参数自动整定的目的，不依赖于专业人员的经验，整定效率高、适用性更广。同时本发明的速度环控制参数整定，不依赖于电机系统的模型，整定准确率高、且易操作。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种速度环控制参数整定方法，其特征在于，所述方法包括：

根据电机速度环参数理论计算公式(1)确定速度环PI控制器的比例参数理论值和积分参数理论值作为速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值其中，T_s为速度环控制周期，T_pwm为逆变器时间常数，T_f为速度环低通滤波器的时间常数，J为系统等效至电机轴的转动惯量，K_t为电机转矩系数；

根据系统响应要求确定误差积分性能评价函数E(K_p，K_I)；其中，p、q为权重因子；

设置速度环PI参数整定的迭代步长其中，5％≦m₁≦30％、5％≦m₂≦30％；

根据所述速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及所述迭代步长确定比例参数K_P迭代方向μ_P；

根据所述积分参数初始值以及迭代公式在所述迭代方向μ_P上搜索所述误差积分性能评价函数评价值的最小值以确定比例参数

设置所述速度环参数整定的比例参数初始值根据所述速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及所述迭代步长确定积分参数K_I迭代方向μ_I；

根据所述比例参数初始值以及迭代公式在所述迭代方向μ_I上搜索所述误差积分性能评价函数的最小值，以确定积分参数

根据计算得到的比例参数和积分参数为确定所述误差积分性能评价函数的最小性能评价值为并判断所述最小性能评价值是否不大于预设的阈值E_th；以及

当不大于预设的阈值E_th时，确定速度环PI控制参数为

2.根据权利要求1所述的速度环控制参数整定方法，其特征在于，当不满足不大于预设的阈值E_th时，所述方法还包括：

分别设置所述速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值其中，设置i＝0、j＝0；然后重新执行根据所述速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及所述迭代步长确定比例参数K_P迭代方向μ_P步骤。

3.根据权利要求1所述的速度环控制参数整定方法，其特征在于，当不满足时，所述方法还包括：

判断整定轮数n是否达到限制的最大整定轮数N；

当整定轮数n未达到限制的最大整定轮数N时，分别设置所述速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值其中，设置i＝0、j＝0；然后重新执行根据所述速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及所述迭代步长确定比例参数K_P迭代方向μ_P的步骤；

当整定轮数n已达到限制的最大整定轮数N时，输出当前计算得到的比例参数和积分参数。

4.根据权利要求1所述的速度环控制参数整定方法，其特征在于，m₁＝20％、m₂＝10％。

5.根据权利要求1所述的速度环控制参数整定方法，其特征在于，所述根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长确定比例参数K_P迭代方向μ_P，具体包括：

根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_p分别设置速度环PI控制参数为

根据相应电机阶跃速度响应，计算所述误差积分性能评价函数的评价值

判断评价值大小关系：

若则得到迭代方向μ_P＝+1，即，迭代方向为正；

若则得到迭代方向μ_P＝-1，即，迭代方向为负；

若则根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_p设置速度环PI控制参数为然后计算所述误差积分性能评价函数的评价值并根据评价值和的大小关系计算迭代方向μ_P的值，以判断迭代方向。

6.根据权利要求5所述的速度环控制参数整定方法，其特征在于，所述根据积分参数初始值以及迭代公式在所述迭代方向μ_P上搜索误差积分性能评价函数评价值的最小值以确定比例参数具体包括：

根据积分参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_P上搜索，计算第i次迭代的误差积分性能评价函数的评价值

若满足且时，则根据误差积分性能评价函数评价值的最小值确定比例参数为

7.根据权利要求1所述的速度环控制参数整定方法，其特征在于，设置所述速度环参数整定的比例参数初始值所述根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长确定积分参数K_I迭代方向μ_I，具体包括：

设置所述速度环参数整定的比例参数初始值根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_I分别设置速度环PI控制参数为

根据相应电机阶跃速度响应，计算所述误差积分性能评价函数的评价值

判断评价值的大小关系：

若则计算得到迭代方向μ_I＝+1，即，迭代方向为正；

若则计算得到迭代方向μ_I＝-1，即，迭代方向为负；

若则根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_I设置速度环PI控制参数为然后计算所述误差积分性能评价函数的评价值并根据评价值和的大小关系计算迭代方向μ_I的值，从而判断迭代方向。

8.根据权利要求7所述的速度环控制参数整定方法，其特征在于，所述根据比例参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_I上搜索误差积分性能评价函数的最小值以确定积分参数具体包括：

根据比例参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_I上搜索，计算第j次迭代的误差积分性能评价函数的评价值

若满足且时，则根据误差积分性能评价函数评价值的最小值确定积分参数为

9.一种速度环控制参数整定装置，其特征在于，所述装置包括：

赋值模块，用于根据电机速度环参数理论计算公式(1)确定速度环PI控制器的比例参数理论值和积分参数理论值作为速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值其中，T_s为速度环控制周期，T_pwm为逆变器时间常数，T_f为速度环低通滤波器的时间常数，J为系统等效至电机轴的转动惯量，K_t为电机转矩系数；

函数确定模块，用于根据系统响应要求确定误差积分性能评价函数E(K_p，K_I)；其中，p、q为权重因子；

设置模块，用于设置速度环PI参数整定的迭代步长 其中，5％≦m₁≦30％、5％≦m₂≦30％；

迭代方向确定模块，用于根据所述速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及所述迭代步长分别确定比例参数K_P迭代方向μ_P和积分参数K_I迭代方向μ_I；

计算模块，用于根据所述积分参数初始值以及迭代公式在所述迭代方向μ_P上搜索所述误差积分性能评价函数评价值的最小值以确定比例参数以及设置所述速度环参数整定的比例参数初始值根据所述比例参数初始值以及迭代公式在所述迭代方向μ_I上搜索所述误差积分性能评价函数的最小值，以确定积分参数

参数确定模块，用于根据计算得到的比例参数和积分参数为确定所述误差积分性能评价函数的最小性能评价值为并当所述最小性能评价值时，确定速度环PI控制参数为其中，E_th为预设的阈值E_th。

10.根据权利要求9所述的速度环控制参数整定装置，其特征在于，所述赋值模块还用于当所述参数确定模块确定不满足时，分别设置所述速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值其中，设置i＝0、j＝0。

11.根据权利要求10所述的速度环控制参数整定装置，其特征在于，还包括整定统计模块，用于当所述参数确定模块确定不满足≤E_th时，判断整定轮数n是否达到限制的最大整定轮数N；

当整定轮数n未达到限制的最大整定轮数N时，所述赋值模块分别设置所述速度环参数整定的比例参数初始值积分参数初始值

当整定轮数n已达到限制的最大整定轮数N时，所述参数确定模块输出当前计算得到的比例参数和积分参数。

12.根据权利要求9所述的速度环控制参数整定装置，其特征在于，所述迭代方向确定模块包括：

参数设置子模块，用于根据速度环参数整定的比例参数初始值和积分参数初始值以及迭代步长ΔK_p和ΔK_I分别设置速度环PI控制参数；

评价值计算子模块，用于根据相应电机阶跃速度响应，计算所述误差积分性能评价函数的评价值；

评价值比较子模块，用于判断所述评价值计算子模块计算得到的评价值大小关系；

迭代方向判断子模块，用于根据所述评价值比较子模块的判断结果确定迭代方向。

13.根据权利要求12所述的速度环控制参数整定装置，其特征在于，所述计算模块包括：

搜索子模块，用于根据积分参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_P上搜索，计算第i次迭代的误差积分性能评价函数的评价值以及设置所述速度环参数整定的比例参数初始值根据比例参数初始值以及迭代公式在迭代方向μ_I上搜索，计算第j次迭代的误差积分性能评价函数的评价值

判断子模块，用于判断评价值是否为最小值；

参数确定子模块，用于根据所述判断子模块的判断结果确定比例参数。