CN116633213A - 一种提升电机电流跟踪能力的控制方法及系统 - Google Patents
一种提升电机电流跟踪能力的控制方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116633213A CN116633213A CN202310669071.XA CN202310669071A CN116633213A CN 116633213 A CN116633213 A CN 116633213A CN 202310669071 A CN202310669071 A CN 202310669071A CN 116633213 A CN116633213 A CN 116633213A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- motor
- phase
- current
- proportional
- integral
- 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.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 25
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
- H02P8/12—Control or stabilisation of current
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
本发明属于电机控制方法技术领域，具体涉及一种提升电机电流跟踪能力的控制方法及系统，本发明在比例积分控制器的基础上，将给定电机电流经过前馈项计算后，前馈到所述控制电机电压进行数值修正，使输出到电机的电流与给定电机电流的偏差有效减小，从而提高了电机在运行中的电流跟踪能力，并且电机位置跟踪的滞后性减小，减小了电机运行中的位置误差。
Description
技术领域
本发明属于电机控制方法技术领域，具体涉及一种提升电机电流跟踪能力的控制方法及系统。
背景技术
在步进电机的应用领域中，开环步进电机驱动器一般采用细分控制，细分控制提高了步进电机运行的平稳性和精度。
参照图1所示，现有技术中控制步进电机的电流环控制原理等效框，其中R(s)为输入电流，C(s)为输出电流，G_1(s)为控制器，G_2(s)为控制对象，可以获知当G1(s)G2(s)很大时，输入电流与输出电流近似相等，但是在实际应用中，g1(s)G2(s)不能为很大，因此输入电流不能准确跟踪输出电流。
由于步进电机驱动器运行在高速中时反电动势和速度的影响，步进电机驱动器电流的跟踪能力下降，步进电机位置跟踪存在滞后，这在打印机，雕刻机等应用存在错位现象，难以满足使用需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电机控制器的输出电流不能跟踪输入电流导致电机位置跟踪滞后的缺陷，从而提供一种提升电机电流跟踪能力的控制方法及系统。
本发明提供了一种提升电机电流跟踪能力的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取比例积分控制器，所述比例积分控制器的被控对象的输入值为给定电机电流，输出值为控制电机电压，并设定其比例系数和积分系数；
步骤S2：应用所述控制电机电压对电机进行控制，获取所述电机的电流，并反馈到所述给定电机电流减去误差；
步骤S3：将所述给定电机电流进行前馈项计算后，前馈到所述控制电机电压进行数值修正。
其中，所述R(s)为输入值，C(s)为输出值，G1(s)为控制器，G2(s)为被控对象，G3(s)为前馈项；可得当/>时，/>此时，输出值C(s)等于输入值R(s)。
进一步的，所述被控对象的数学表达式为G2(s)＝Ls+R，其中L为所述电机的电感，R为所述电机的电阻。
进一步的，所述比例积分控制器的比例积分控制单元的数学表达式为其中kp为所述比例积分控制器的比例系数，ki为所述比例积分控制器的积分系数，s为传递函数。
进一步的，所述电机为步进电机。
一种提升电机电流跟踪能力的控制系统，包括电流变换器、比例积分控制单元、微分器和低通滤波器；
所述电流变换器用于将输入的给定电流和校正电流角度转换为a相输入电流和b相输入电流；
所述比例积分控制单元用于将所述a相反馈输入电流和b相反馈输入电流进行比例和积分运算并输出a相比例积分输出电压和b相比例积分输出电压；所述a相反馈输入电流为a相输入电流和电机a相电流叠加；所述b相反馈输入电流为b相输入电流和电机b相电流叠加；
所述a相输入电流和b相输入电流分别依次经过微分器和低通滤波器并分别输出a相校正电压和b相校正电压；所述a相校正电压与所述a相比例积分输出电压叠加输出a相控制电压；所述b相校正电压与所述b相比例积分输出电压叠加输出b相控制电压；所述a相控制电压和b相控制电压驱动所述电机并分别形成所述电机a相电流和电机b相电流。
进一步的，还包括角度补偿器，所述角度补偿器用于对输入的给定角度进行微分得到角速度，所述角速度与所述电机控制的PWM周期更新时间相乘得到补偿角度，所述补偿角度和所述给定角度叠加输出所述校正电流角度。
进一步的，所述a相控制电压和b相控制电压输入到SPWM逆变器，所述SPWM逆变器直接驱动所述电机。
进一步的，所述比例积分控制单元的数学表达式为 其中kp为比例增益，ki为积分增益，Ua为a相比例积分输出电压，Ub为b相比例积分输出电压，err_Ia为a相反馈输入电流，err_Ib为b相反馈输入电流。
有益效果：
1.本发明提供了一种提升电机电流跟踪能力的控制方法及系统，在比例积分控制器的基础上，将给定电机电流经过前馈项计算后，前馈到所述控制电机电压进行数值修正，使输出到电机的电流与给定电机电流的偏差有效减小，从而提高了电机在运行中的电流跟踪能力，并且电机位置跟踪的滞后性减小，减小了电机运行中的位置误差。
2.本发明通过角度补偿器的设置，补偿程序延时导致的角度，提高了电流跟踪的精准度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中电机控制的电流环控制原理等效框图；
图2为本发明的具有前馈的电流环等效控制框图；
图3为本发明电机控制系统的具体结构框图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例一：
参照图2所示，本实施例提供了一种提升电机电流跟踪能力的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取比例积分控制器，所述比例积分控制器的被控对象的输入值为给定电机电流，输出值为控制电机电压，并设定其比例系数和积分系数；
步骤S2：应用所述控制电机电压对电机进行控制，获取所述电机的电流，并反馈到所述给定电机电流减去误差；
步骤S3：将所述给定电机电流进行前馈项计算后，前馈到所述控制电机电压进行数值修正。
其中，所述R(s)为输入值，C(s)为输出值，G1(s)为控制器，G2(s)为被控对象，G3(s)为前馈项；可得当/>时，/>此时，输出值C(s)等于输入值R(s)。
具体来说，所述被控对象的数学表达式为G2(s)＝Ls+R，其中L为所述电机的电感，R为所述电机的电阻。
所述比例积分控制器的比例积分控制单元的数学表达式为其中kp为所述比例积分控制器的比例系数，ki为所述比例积分控制器的积分系数，s为传递函数。
在本实施例中，所述电机为步进电机。
本实施例提供了一种提升电机电流跟踪能力的控制方法，在比例积分控制器的基础上，将给定电机电流经过前馈项计算后，前馈到所述控制电机电压进行数值修正，使输出到电机的电流与给定电机电流的偏差有效减小，从而提高了电机在运行中的电流跟踪能力，并且电机位置跟踪的滞后性减小，减小了电机运行中的位置误差。
实施例二：
参照图3所示，本实施例提供了一种提升电机电流跟踪能力的控制系统，包括电流变换器、比例积分控制单元、微分器和低通滤波器；
所述电流变换器用于将输入的给定电流和校正电流角度转换为a相输入电流和b相输入电流；其中，所述给定电流记为Im，校正电流角度记为θε，所述a相输入电流和b相输入电流分别记为Ia_ref和Ib_ref，并且Ia_ref＝Im*cos(θε)，Ib_ref＝Im*sin(θε)。
所述比例积分控制单元用于将所述a相反馈输入电流和b相反馈输入电流进行比例和积分运算并输出a相比例积分输出电压和b相比例积分输出电压；所述a相反馈输入电流为a相输入电流和电机a相电流叠加；所述b相反馈输入电流为b相输入电流和电机b相电流叠加；其中，所述a相反馈输入电流和b相反馈输入电流分别记为err_Ia和err_Ib，电机a相电流和电机b相电流分别记为Ia和Ib，a相比例积分输出电压和b相比例积分输出电压分别记为Ua和Ub，并且
所述a相输入电流和b相输入电流分别依次经过微分器和低通滤波器并分别输出a相校正电压和b相校正电压；所述a相校正电压与所述a相比例积分输出电压叠加输出a相控制电压；所述b相校正电压与所述b相比例积分输出电压叠加输出b相控制电压；所述a相控制电压和b相控制电压驱动所述电机并分别形成所述电机a相电流和电机b相电流。其中，所述a相校正电压和b相校正电压分别记为Ua_cmp和Ub_cmp，a相控制电压和b相控制电压分别记为Ua_out和Ub_out，并且Ua_out＝Ua+Ua_cmp，Ub_out＝Ub+Ub_cmp。
作为本实施例的进一步改进，还包括角度补偿器，所述角度补偿器用于对输入的给定角度进行微分得到角速度，所述角速度与所述电机控制的PWM周期更新时间相乘得到补偿角度，所述补偿角度和所述给定角度叠加输出所述校正电流角度。其中所述给定角度记为θref，角速度记为ωref，PWM周期更新时间记为Ts，补偿角度记为θcmp，并且θcmp＝ωref*Ts，θe＝θref+θcmp。
具体来说，所述a相控制电压和b相控制电压输入到SPWM逆变器，所述SPWM逆变器直接驱动所述电机。
所述比例积分控制单元的数学表达式为其中kp为比例增益，ki为积分增益，Ua为a相比例积分输出电压，Ub为b相比例积分输出电压，err_Ia为a相反馈输入电流，err_Ib为b相反馈输入电流。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种提升电机电流跟踪能力的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：获取比例积分控制器，所述比例积分控制器的被控对象的输入值为给定电机电流，输出值为控制电机电压，并设定其比例系数和积分系数；
步骤S2：应用所述控制电机电压对电机进行控制，获取所述电机的电流，并反馈到所述给定电机电流减去误差；
步骤S3：将所述给定电机电流进行前馈项计算后，前馈到所述控制电机电压进行数值修正。
2.根据权利要求1所述的一种提升电机电流跟踪能力的控制方法，其特征在于，所述被控对象的数学表达式为G2(s)＝Ls+R，其中L为所述电机的电感，R为所述电机的电阻。
3.根据权利要求1所述的一种提升电机电流跟踪能力的控制方法，其特征在于，所述比例积分控制器的比例积分控制单元的数学表达式为其中kp为所述比例积分控制器的比例系数，ki为所述比例积分控制器的积分系数，s为传递函数。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种提升电机电流跟踪能力的控制方法，其特征在于，所述电机为步进电机。
5.一种提升电机电流跟踪能力的控制系统，其特征在于，包括电流变换器、比例积分控制单元、微分器和低通滤波器；
所述电流变换器用于将输入的给定电流和校正电流角度转换为a相输入电流和b相输入电流；
所述比例积分控制单元用于将所述a相反馈输入电流和b相反馈输入电流进行比例和积分运算并输出a相比例积分输出电压和b相比例积分输出电压；所述a相反馈输入电流为a相输入电流和电机a相电流叠加；所述b相反馈输入电流为b相输入电流和电机b相电流叠加；
所述a相输入电流和b相输入电流分别依次经过微分器和低通滤波器并分别输出a相校正电压和b相校正电压；所述a相校正电压与所述a相比例积分输出电压叠加输出a相控制电压；所述b相校正电压与所述b相比例积分输出电压叠加输出b相控制电压；所述a相控制电压和b相控制电压驱动所述电机并分别形成所述电机a相电流和电机b相电流。
6.根据权利要求5所述的一种提升电机电流跟踪能力的控制系统，其特征在于，还包括角度补偿器，所述角度补偿器用于对输入的给定角度进行微分得到角速度，所述角速度与所述电机控制的PWM周期更新时间相乘得到补偿角度，所述补偿角度和所述给定角度叠加输出所述校正电流角度。
7.根据权利要求5所述的一种提升电机电流跟踪能力的控制系统，其特征在于，所述a相控制电压和b相控制电压输入到SPWM逆变器，所述SPWM逆变器直接驱动所述电机。
8.根据权利要求5所述的一种提升电机电流跟踪能力的控制系统，其特征在于，所述比例积分控制单元的数学表达式为其中kp为比例增益，ki为积分增益，Ua为a相比例积分输出电压，Ub为b相比例积分输出电压，err_Ia为a相反馈输入电流，err_Ib为b相反馈输入电流。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310669071.XA CN116633213A (zh) | 2023-06-07 | 2023-06-07 | 一种提升电机电流跟踪能力的控制方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310669071.XA CN116633213A (zh) | 2023-06-07 | 2023-06-07 | 一种提升电机电流跟踪能力的控制方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116633213A true CN116633213A (zh) | 2023-08-22 |
Family
ID=87636611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310669071.XA Pending CN116633213A (zh) | 2023-06-07 | 2023-06-07 | 一种提升电机电流跟踪能力的控制方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116633213A (zh) |
-
2023
- 2023-06-07 CN CN202310669071.XA patent/CN116633213A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111162707B (zh) | 一种永磁同步电机有限集无模型容错预测控制方法及系统 | |
| US7592765B2 (en) | Method and system for controlling synchronous motor drive systems | |
| Jung et al. | A dynamic decoupling control scheme for high-speed operation of induction motors | |
| JP5250979B2 (ja) | 電動パワーステアリング装置の制御装置 | |
| CN101459401B (zh) | 永磁电动机的无位置传感器控制装置 | |
| JP5243869B2 (ja) | 交流電動機の巻線切換装置およびインバータ装置 | |
| EP2264556B1 (en) | Motor control device and motor drive system | |
| US10333440B2 (en) | Motor control apparatus and electric power steering system | |
| US10056854B2 (en) | Motor control unit and electric power steering apparatus using the same and vehicle | |
| US8558490B2 (en) | Estimation of actual torque in an electrical motor drive | |
| US5726549A (en) | Sensor-less control apparatus for permanent magnet synchronous motor | |
| EP2899876B1 (en) | Inverter control device and inverter control method | |
| CN108448965B (zh) | 两相混合式步进电机的重载闭环驱动系统及方法 | |
| JPH1127997A (ja) | モータの制御装置及び制御方法 | |
| CN104584417A (zh) | 无需为电机进行电流采样的无传感器磁场定向控制(foc) | |
| JP2009017715A (ja) | モータ制御装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置 | |
| EP2940858A1 (en) | Motor control device and motor control method | |
| CN110901752B (zh) | 转向装置 | |
| JP5535285B2 (ja) | 交流電動機の巻線切換装置およびインバータ装置 | |
| EP2963804A1 (en) | Inverter device, construction machine, and motor control method | |
| JP2011004541A (ja) | 交流電動機の制御装置 | |
| JP5397664B2 (ja) | モータ制御装置 | |
| CN109150043A (zh) | 交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法 | |
| CN116633213A (zh) | 一种提升电机电流跟踪能力的控制方法及系统 | |
| JP2009089524A (ja) | モータ制御システム |
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 |