CN112859582A - 一种电机控制中的增量式pid控制器 - Google Patents

一种电机控制中的增量式pid控制器 Download PDF

Info

Publication number
CN112859582A
CN112859582A CN202110019240.6A CN202110019240A CN112859582A CN 112859582 A CN112859582 A CN 112859582A CN 202110019240 A CN202110019240 A CN 202110019240A CN 112859582 A CN112859582 A CN 112859582A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
amplifier
mixer
saturation
arithmetic unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110019240.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112859582B (zh
Inventor
李德良
关超华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Sanxing Mechanical & Electronical Stock Co ltd
Original Assignee
Pingyang Xingjia Intelligent Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pingyang Xingjia Intelligent Technology Co ltd filed Critical Pingyang Xingjia Intelligent Technology Co ltd
Priority to CN202110019240.6A priority Critical patent/CN112859582B/zh
Publication of CN112859582A publication Critical patent/CN112859582A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112859582B publication Critical patent/CN112859582B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P.I., P.I.D.

Abstract

本发明提供一种电机控制中的增量式PID控制器，前级放大器A0与输出误差电流的预设电流采样模块相连，且通过第一饱和运算器后再经无任何设置的第一电流支路、设有后级放大器B1的第二电流支路及设有后级放大器B2的第三电流支路分别与第一混合器的输入端相连；上述三个放大器的放大系数分别为Kp+Ki+Kd、
Figure DDA0002888090400000011
第二饱和运算器与用于输出前馈电压的预设电压输出模块相连，且通过第二混合器与第一混合器的输入端相连；第一混合器的输出端经第三饱和运算器与接收指令电压的预设运算模块相连，且还与第一混合器形成负反馈电路。实施本发明，能对电机控制的电流环超调进行抑制来实现PID输出限幅，解决了现有技术存在的很长超调时间或输出电压反复震荡的问题。

Description

一种电机控制中的增量式PID控制器
技术领域
本发明涉及机电一体化技术领域，尤其涉及一种电机控制中的增量式PID控制器。
背景技术
如图1所示，电机控制中采用电流闭环控制模型。在该电流闭环控制模型中，回路的开环传递函数为
Figure BDA0002888090380000011
其中，Ls是电机电感；Rs是电机电阻；Ts是离散计算周期；Tpwm是PWM调制周期；
Figure BDA0002888090380000012
是PID的连续模型，包含两个增益环节分别为Kp与
Figure BDA0002888090380000013
且
Figure BDA0002888090380000014
此时，电流闭环控制模型中的增量式PID控制器，如图2所示。其中，放大器A0的放大系数＝Kp+Ki+Kd，放大器A1的放大系数＝-Kp+2Kd，放大器A2的放大系数＝Kd，max,min分别为PID的输出饱和运算的最大与最小值，Ucap为母线电压。
然而，增量式PID控制器在实际使用中，
Figure BDA0002888090380000015
是一个非常大的值，一旦给定电流阶跃响应且响应值较高时，则需求的指令电压将远超母线可以供给的电压。为了避免上述情况出现，现有技术中提出了以下几种PID输出限幅方法，包括：(1)在增量式PID控制器中，简单的令max,min使用某个定值进行PID输出限幅；(2)在增量式PID控制器中，简单的使用母线电压替代max,min进行PID输出限幅。
但是，上述两种PID输出限幅方法均存在不足之处，其不足之处在于：第(1)种PID输出限幅方法中，会出现很长的超调时间，其主要原因在于：当后级饱和运算器饱和时，指令电压会比输出电压大，一旦超出越多，则需要越多的反向积分量进行去饱和，因此超调时间会加长；第(2)种PID输出限幅方法中，电流到达目标的前一段时间，会出现输出电压反复震荡的情况，其主要原因在于：当PID输出达到饱和值max，尽管误差电流还没有归0，PID输出也没有办法继续增加，相当于这这些积分被丢弃了；当误差电流开始减少的时候，这一增量会叠加到输出，令指令电压<max，这个时候误差电流还没归0，这明显是不合理的。
因此，有必要提出对现有的增量式PID控制器进行改进，能对电机控制的电流环超调进行抑制来实现PID输出限幅，解决了现有技术存在的很长超调时间或输出电压反复震荡的问题。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种电机控制中的增量式PID控制器，能对电机控制的电流环超调进行抑制来实现PID输出限幅，解决了现有技术存在的很长超调时间或输出电压反复震荡的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电机控制中的增量式PID控制器，用于电机控制中的电流闭环控制模型上，包括：前级放大器A0、后级放大器B1、后级放大器B2、第一饱和运算器、第二饱和运算器、第三饱和运算器、第一混合器和第二混合器；其中，
所述前级放大器A0的一端与所述电流闭环控制模型中用于输出误差电流的预设电流采样模块相连，且所述前级放大器A0的另一端通过所述第一饱和运算器之后，再经三条电流支路分别与所述第一混合器的输入端相连；其中，所述三条电流支路包括无任何放大器设置的第一电流支路、设有所述后级放大器B1的第二电流支路以及设有所述后级放大器B2的第三电流支路；所述前级放大器A0的放大系数为Kp+Ki+Kd；所述后级放大器B1放大系数为
Figure BDA0002888090380000021
所述后级放大器B2的放大系数为
Figure BDA0002888090380000022
所述第二饱和运算器的输入端与所述电流闭环控制模型中用于输出前馈电压的预设电压输出模块相连，且所述第二饱和运算器的输出端通过所述第二混合器与所述第一混合器的输入端相连；其中，所述第二混合器的同相输入端并接在一起；
所述第一混合器的输出端通过所述第三饱和运算器与所述电流闭环控制模型中用于接收指令电压的预设运算模块相连；其中，所述第三饱和运算器的输出端还与所述第一混合器的输入端相连形成负反馈电路。
其中，所述第一饱和运算器、所述第二饱和运算器及所述第三饱和运算器输出相同的幅值。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
相对于传统的增量式PID控制器，本发明的增量式PID控制器能对电机控制的电流环超调进行抑制来实现PID输出限幅，解决了现有技术存在的很长超调时间或输出电压反复震荡的问题。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为现有技术中电流闭环控制模型的结构示意图；
图2为图1中增量式PID控制器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电机控制的电机控制中的增量式PID控制器的逻辑结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电机控制的电机控制的电机控制中的增量式PID控制器的具体连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图3所示，为本发明实施例中，提供的一种电机控制中的增量式PID控制器，用于电机控制中的电流闭环控制模型上，包括：前级放大器A0、后级放大器B1、后级放大器B2、第一饱和运算器1、第二饱和运算器2、第三饱和运算器3、第一混合器4和第二混合器5；其中，
前级放大器A0的一端与电流闭环控制模型中用于输出误差电流的预设电流采样模块(未图示)相连，且前级放大器A0的另一端通过第一饱和运算器1之后，再经三条电流支路分别与第一混合器4的输入端相连；其中，三条电流支路包括无任何放大器设置的第一电流支路、设有后级放大器B1的第二电流支路以及设有后级放大器B2的第三电流支路；前级放大器A0的放大系数为Kp+Ki+Kd；后级放大器B1放大系数为
Figure BDA0002888090380000041
后级放大器B2的放大系数为
Figure BDA0002888090380000042
第二饱和运算器2的输入端与电流闭环控制模型中用于输出前馈电压的预设电压输出模块(未图示)相连，且第二饱和运算器2的输出端通过第二混合器5与第一混合器4的输入端相连；其中，第二混合器5的同相输入端并接在一起；
第一混合器4的输出端通过第三饱和运算器3与电流闭环控制模型中用于接收指令电压的预设运算模块(未图示)相连；其中，第三饱和运算器3的输出端还与第一混合器4的输入端相连形成负反馈电路。其中，第一饱和运算器1、第二饱和运算器2及第三饱和运算器3输出相同的幅值。
如图4所示，对本发明实施例提供的一种电机控制的电机控制的电机控制中的增量式PID控制器的应用场景做进一步说明：
(1)在传统的增量式PID控制器上，分离出前级放大器A0，令后级的增量式PID的线性放大系数等于1，并在前级放大器A0后增加一个饱和运算器(即第一饱和运算器1)；
(2)在传统的增量式PID控制器上，增加一个旁路输入，令其可以包含前馈电压增量值，并在前馈电压的输入端增加一个饱和运算器(即第二饱和运算器1)；
(3)在传统的增量式PID控制器上，保留输出指令电压的饱和运算器(即第三饱和运算器3)，且所有饱和运算器的幅值都相同，从而对电机控制的电流环超调进行抑制来实现PID输出限幅，可以很好的解决现有技术存在的很长超调时间或输出电压反复震荡的问题，十分适合比例值很大的控制环节。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
相对于传统的增量式PID控制器，本发明的增量式PID控制器能对电机控制的电流环超调进行抑制来实现PID输出限幅，解决了现有技术存在的很长超调时间或输出电压反复震荡的问题。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种电机控制中的增量式PID控制器，用于电机控制中的电流闭环控制模型上，其特征在于，包括：前级放大器A0、后级放大器B1、后级放大器B2、第一饱和运算器、第二饱和运算器、第三饱和运算器、第一混合器和第二混合器；其中，
所述前级放大器A0的一端与所述电流闭环控制模型中用于输出误差电流的预设电流采样模块相连，且所述前级放大器A0的另一端通过所述第一饱和运算器之后，再经三条电流支路分别与所述第一混合器的输入端相连；其中，所述三条电流支路包括无任何放大器设置的第一电流支路、设有所述后级放大器B1的第二电流支路以及设有所述后级放大器B2的第三电流支路；所述前级放大器A0的放大系数为Kp+Ki+Kd；所述后级放大器B1放大系数为
Figure FDA0002888090370000011
所述后级放大器B2的放大系数为
Figure FDA0002888090370000012
所述第二饱和运算器的输入端与所述电流闭环控制模型中用于输出前馈电压的预设电压输出模块相连，且所述第二饱和运算器的输出端通过所述第二混合器与所述第一混合器的输入端相连；其中，所述第二混合器的同相输入端并接在一起；
所述第一混合器的输出端通过所述第三饱和运算器与所述电流闭环控制模型中用于接收指令电压的预设运算模块相连；其中，所述第三饱和运算器的输出端还与所述第一混合器的输入端相连形成负反馈电路。
2.如权利要求1所述的电机控制中的增量式PID控制器，其特征在于，所述第一饱和运算器、所述第二饱和运算器及所述第三饱和运算器输出相同的幅值。
CN202110019240.6A 2021-01-07 2021-01-07 一种电机控制中的增量式pid控制器 Active CN112859582B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110019240.6A CN112859582B (zh) 2021-01-07 2021-01-07 一种电机控制中的增量式pid控制器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110019240.6A CN112859582B (zh) 2021-01-07 2021-01-07 一种电机控制中的增量式pid控制器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112859582A true CN112859582A (zh) 2021-05-28
CN112859582B CN112859582B (zh) 2022-12-20

Family

ID=76004943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110019240.6A Active CN112859582B (zh) 2021-01-07 2021-01-07 一种电机控制中的增量式pid控制器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112859582B (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030060818A1 (en) * 1999-04-21 2003-03-27 Oratec Interventions, Inc. Method and apparatus for controlling a temperature-controlled probe
US20030128458A1 (en) * 2000-01-11 2003-07-10 Shuzhi Ge Robust triple-mode compensator for hard disk drives with dynamic friction
CN1919579A (zh) * 2005-08-25 2007-02-28 中国科学院自动化研究所 用于注射模塑成型机的自适应温度控制方法及其电路
CN101073913A (zh) * 2006-05-15 2007-11-21 宋英华 自适应温度实时控制注塑机控制器、控制方法、及其控温电路
CN101995845A (zh) * 2010-11-03 2011-03-30 西安工程大学 基于fpga的自调匀整控制系统及控制方法
CN102267366A (zh) * 2011-05-19 2011-12-07 清华大学 一种串联混合动力客车的辅助功率单元及控制方法
CN102591200A (zh) * 2011-11-09 2012-07-18 华南理工大学 一种fpga控制系统开发平台
CN103149954A (zh) * 2013-01-31 2013-06-12 中国科学院上海技术物理研究所 半导体制冷器模拟pid温控电路参数自动整定装置
CN106642067A (zh) * 2016-12-15 2017-05-10 神华集团有限责任公司 锅炉液位的控制系统及其控制方法
CN108110370A (zh) * 2017-12-13 2018-06-01 哈尔滨理工大学 一种动力电池箱冷却结构及其控制方法
CN108227010A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 清华大学 面向埋地未爆弹的专用铯光泵探测器
JP2020124024A (ja) * 2019-01-30 2020-08-13 東洋電機製造株式会社 モータ制御装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030060818A1 (en) * 1999-04-21 2003-03-27 Oratec Interventions, Inc. Method and apparatus for controlling a temperature-controlled probe
US20030128458A1 (en) * 2000-01-11 2003-07-10 Shuzhi Ge Robust triple-mode compensator for hard disk drives with dynamic friction
CN1919579A (zh) * 2005-08-25 2007-02-28 中国科学院自动化研究所 用于注射模塑成型机的自适应温度控制方法及其电路
CN101073913A (zh) * 2006-05-15 2007-11-21 宋英华 自适应温度实时控制注塑机控制器、控制方法、及其控温电路
CN101995845A (zh) * 2010-11-03 2011-03-30 西安工程大学 基于fpga的自调匀整控制系统及控制方法
CN102267366A (zh) * 2011-05-19 2011-12-07 清华大学 一种串联混合动力客车的辅助功率单元及控制方法
CN102591200A (zh) * 2011-11-09 2012-07-18 华南理工大学 一种fpga控制系统开发平台
CN103149954A (zh) * 2013-01-31 2013-06-12 中国科学院上海技术物理研究所 半导体制冷器模拟pid温控电路参数自动整定装置
CN106642067A (zh) * 2016-12-15 2017-05-10 神华集团有限责任公司 锅炉液位的控制系统及其控制方法
CN108110370A (zh) * 2017-12-13 2018-06-01 哈尔滨理工大学 一种动力电池箱冷却结构及其控制方法
CN108227010A (zh) * 2017-12-29 2018-06-29 清华大学 面向埋地未爆弹的专用铯光泵探测器
JP2020124024A (ja) * 2019-01-30 2020-08-13 東洋電機製造株式会社 モータ制御装置

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TAO TANG; YONGMEI HUANG; CHENGYU FU: "Two loops Control Based SMC for High Precision Tracking", 《2006 6TH WORLD CONGRESS ON INTELLIGENT CONTROL AND AUTOMATION》 *
刘小明; 陈万春: "基于AVR单片机的直线电机位置控制", 《微电机》 *
李明; 程启明; 陈根; 王鹤霖; 邓亮: "永磁同步伺服电机二自由度控制", 《电机与控制应用》 *
荆丽丽: "基于无刷直流电机的数字增量式 PID 控制策略", 《集宁师范学院学报》 *
蔡晓宁; 陈仲林; 董戈; 谢珊英: "数字PID控制器的硬件优化设计", 《中国科学院研究生院学报》 *
高铁红，王诚意: "基于FPGA的增量式PID控制器的研究与实现", 《河北工业大学学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112859582B (zh) 2022-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101557196B (zh) 用于交流电动机的电流调节器及电流控制方法和系统
CN103812508B (zh) 均流装置、方法及系统
DE102008013799A1 (de) Verfahren und System zur Steuerung von Permanentmagnet-AC-Maschinen
CN105071641A (zh) 一种提高开关电源动态响应的控制方法
CN104868807B (zh) 一种Buck电路无刷直流电机控制系统的有源阻尼方法
CN112859582B (zh) 一种电机控制中的增量式pid控制器
CN105068355B (zh) 一种单级多泵光纤放大器的控制系统和控制方法
CN105208739A (zh) 激光光源恒流驱动装置
CN108832815B (zh) 一种级联系统直流电压振荡抑制方法
CN107181437B (zh) 一种同步发电机励磁控制方法
CN113809928A (zh) 一种基于功率前馈的dab变换器功率控制方法、介质及设备
CN106452032B (zh) 抑制电力电子变换器短路电流冲击的电路及其控制方法
CN103856133A (zh) 用于控制比例积分器的方法和系统
CN113381594B (zh) 一种提升级联功率器稳定性的电流纹波前馈控制系统
CN114362209B (zh) 变流器并入弱电网宽频带振荡抑制方法及系统
CN2935229Y (zh) 一种低压降稳压器
CN103259496A (zh) 闭环负反馈调制-解调开关功率放大器
RU186982U1 (ru) Самонастраивающаяся система регулирования скорости
CN102780395A (zh) 用于增强电源变换系统的动态响应的系统和方法
CN111555646B (zh) 一种开关电源高带宽线性放大电路及其控制方法
CN115835449B (zh) 一种led光源的电流稳定性控制方法及系统
Surintramon et al. Posicast PID×(n− 2) stage PD cascade controllers for magnetically-levitation system
CN104052262B (zh) 用于电源集成电路的数字电压补偿
CN110912397B (zh) 直流变压器及其控制方法
CN110109422B (zh) 一种伺服驱动器位置控制系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230317

Address after: 325000 Kunkunao Avenue, Economic Development Zone, Pingyang County, Wenzhou City, Zhejiang Province

Patentee after: ZHEJIANG SANXING MECHANICAL & ELECTRONICAL STOCK Co.,Ltd.

Address before: 325000 Kunao Avenue, Pingyang Economic Development Zone, Wenzhou City, Zhejiang Province

Patentee before: PINGYANG XINGJIA INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd.