CN112511064A - 一种电机电流环pi控制器参数自整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机电流环PI控制器参数自整定方法，用于电机电流环PI控制器参数的自整定；包括：首先在开环模式下，给电机施加电压指令，以PWM的开关周期为采样周期采样电机的电流，得到一段时间内的电机电流序列；其次，对得到的电流序列做处理后，得到电流序列内主导频率成分的周期和幅值，计算得到电流环PI控制器的增益；最后根据Z‑N自整定规律计算得到PI控制器的比例系数和积分系数。本方法简洁方便，省去了人工参数调节的不足，可以快速准确的完成电机电流环PI控制器参数的整定。

Description

一种电机电流环PI控制器参数自整定方法

技术领域

本发明属于电机控制领域，涉及一种电机电流环PI控制器参数自整定方法。

背景技术

电流环是电机驱动器中的最内环，电流内环的性能决定了整个电机***的性能。PI控制器是电流环最常用的控制器，PI控制器的参数决定了电流环的性能。工程上常用的PI控制器整定方法有人工调节法和自整定法。人工调节法费时费力，需要工作者有较强的工程经验。自整定法分为基于模型的参数辨识法和不基于模型的方法。基于模型的参数辨识方法需要辨识的参数足够精确，不适合于***参数变化的场合。不基于模型的方法，整定的参数适应性强、鲁棒性高。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种电机电流环PI控制器参数自整定方法，采用不基于模型的参数自整定策略，减少了人工调节的时间，相比于基于模型参数辨识的自整定策略，整定的参数适应性强、鲁棒性高。

技术方案

一种电机电流环PI控制器参数自整定方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在开环状态下，给电机施加电压指令u＝h，以PWM周期T为采样周期采集电机电流i，当i>I，I>0时，施加电压指令u＝-h，当i<-I时，施加电压指令为u＝h，采集大于10秒的电机电流，得到原始电机电流序列i(k)；

所述电压指令h为h≥3×R×I，R为电机的标称电阻值，I为电流切换阈值，I≥5×ΔI；△I为电机电流采样的分辨率；

步骤2：对原始电机电流序列i(k)进行低通滤波处理，得到滤波处理后的电机电流序列i^/(k)；对电机电流序列i^/(k)做快速傅里叶变换，得到电机电流序列i^/(k)频域成分上主导频域部分的周期Tu和幅值d；

步骤3：采用继电反馈法对周期Tu和幅值d进行数据处理，得到电机电流环PI控制器的增益Ku；再采用Z-N控制器整定规律，计算得到电机电流环PI控制器的比例系数Kp积分系数Ki：

其中：d为滤波后电机电流序列i^/(k)快速傅里叶变换得到的主导频率成分的幅值，Tu为滤波后电机电流序列i^/(k)快速傅里叶变换得到的主导频率成分的周期。

所述步骤2的低通滤波处理为：i^/(k)＝α×i(k)+(1-α)×i^/(k-1)，α为低通滤波系数。

有益效果

本发明提出的一种电机电流环PI控制器参数自整定方法，用于电机电流环PI控制器参数的自整定；包括：首先在开环模式下，给电机施加电压指令，以PWM的开关周期为采样周期采样电机的电流，得到一段时间内的电机电流序列；其次，对得到的电流序列做处理后，得到电流序列内主导频率成分的周期和幅值，计算得到电流环PI控制器的增益；最后根据Z-N自整定规律计算得到PI控制器的比例系数和积分系数。本方法简洁方便，省去了人工参数调节的不足，可以快速准确的完成电机电流环PI控制器参数的整定。

附图说明

图1是电机电流环控制框图。

图2是电机电流环PI控制器参数自整定流程。

图3是电机施加的电压指令示意图。

图4是电机施加的电压和电机电流响应曲线。

图5是电机电流序列的处理流程图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

具体实施案例中，电机标称电阻R＝2.49Ω，额定电压24V，驱动器电流采样分辨率5mA，电流环期望闭环带宽f＝1kHZ。

如图1所示，为电机电流环的控制框图，电机电流环采用PI控制器。

如图2所示，本发明一种电机电流环PI控制器参数自整定方法，包括以下步骤：

步骤1，如图3所示，在开环状态下，开始给电机施加电压指令u＝h(h>0)，以PWM周期T为采样周期采集电机电流i，此后根据电流i的情况施加不同的电压指令，当i>I(I>0)时，施加电压指令u＝-h，当i<-I时，施加电压指令为u＝h，采集保存一段时间内的电流电流，得到原始电机电流序列i(k)，电流响应曲线如图4所示；

步骤2，如图5所示，对步骤1采集到的电机电流序列i(k)做低通滤波处理，得到滤波处理后的电机电流序列i^/(k),对电机电流序列i^/(k)做快速傅里叶变换，得到电机电流序列i^/(k)频域成分上主导频域部分的周期Tu和幅值d；

步骤3，根据继电反馈法的数据处理方式，得到电机电流环PI控制器的增益Ku，再根据Z-N控制器整定规律，计算得到电机电流环PI控制器的比例系数Kp和积分系数Ki。

步骤1中，电压指令h和电流切换阈值I按下式选择，

其中，△I为电机电流采样的分辨率，R为电机的标称电阻值。根据实施案例电流采样分辨率5mA，实施案例中I取0.1A，指令电压h取1V。电机施加电压指令后得到电机电流曲线如图4所示。

步骤2中，原始电机电流序列i(k)按下式进行低通滤波处理得到滤波处理后的电机电流序列i^/(k)，

i^/(k)＝α×i(k)+(1-α)×i^/(k-1)

其中，α为低通滤波系数，其选取与电机电流环的期望带宽有关，对于实施案例中电流环期望带宽f＝1kHZ，则α取

步骤3中，电机电流环PI控制器的增益Ku按继电反馈法数据处理方式获得，电机电流环PI控制器的比例系数Kp和积分系数Ki按Z-N控制器整定规律计算，如下式，

其中，h为步骤1施加的电压指令的幅值，d为滤波后电机电流序列i^/(k)快速傅里叶变换得到的主导频率成分的幅值，Tu为滤波后电机电流序列i^/(k)快速傅里叶变换得到的主导频率成分的周期。

Claims (2)

1.一种电机电流环PI控制器参数自整定方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在开环状态下，给电机施加电压指令u＝h，以PWM周期T为采样周期采集电机电流i，当i>I，I>0时，施加电压指令u＝-h，当i<-I时，施加电压指令为u＝h，采集大于10秒的电机电流，得到原始电机电流序列i(k)；

所述电压指令h为h≥3×R×I，R为电机的标称电阻值，I为电流切换阈值，I≥5×ΔI；△I为电机电流采样的分辨率；

步骤2：对原始电机电流序列i(k)进行低通滤波处理，得到滤波处理后的电机电流序列i^/(k)；对电机电流序列i^/(k)做快速傅里叶变换，得到电机电流序列i^/(k)频域成分上主导频域部分的周期Tu和幅值d；

步骤3：采用继电反馈法对周期Tu和幅值d进行数据处理，得到电机电流环PI控制器的增益Ku；再采用Z-N控制器整定规律，计算得到电机电流环PI控制器的比例系数Kp积分系数Ki：

其中：d为滤波后电机电流序列i^/(k)快速傅里叶变换得到的主导频率成分的幅值，Tu为滤波后电机电流序列i^/(k)快速傅里叶变换得到的主导频率成分的周期。

2.根据权利要求1所述电机电流环PI控制器参数自整定方法，其特征在于：所述步骤2的低通滤波处理为：i^/(k)＝α×i(k)+(1-α)×i^/(k-1)，α为低通滤波系数。

Images