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专利号: 2020108352983
申请人: 华侨大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种直流电机速度‑位置双闭环抗扰PID控制方法,其特征在于,包括:获取设定期望角度位置值;

对所述设定期望角度位置值进行滤波,得到滤波后的设定期望角度位置值;

获取实际测量角度位置值;

将所述滤波后的设定期望角度位置值和所述实际测量角度位置值进行比较,得到位置跟踪误差值;

根据所述位置跟踪误差确定设定期望速度值;具体为:根据uy(s)=CPD(s)ey(s)计算设定期望速度值uy(s);其中, CPD(s)为位置环抗扰PD控制器,KPD为位置环抗扰PD控制器增益,ωD为第一积分系数,s为控制理论中常用的复频域变量,ey(s)为位置跟踪误差;

获取实际测量转速值;

将所述设定期望速度值和所述实际测量转速值进行比较,得到速度跟踪误差;

根据所述速度跟踪误差确定电压量;具体为:根据un(s)=CPI(s)en(s)计算电压量un(s);其中, CPI(s)为速度环抗扰PI控制器,KPI为速度环抗扰PI控制器增益,ωI为第二积分系数,s为控制理论中常用的复频域变量,en(s)为速度跟踪误差;

输出所述电压量给直流电机,所述直流电机根据所述电压量进行转速调节和角度位置调节;

位置环抗扰PD控制器增益决定位置环抗干扰能力、第一积分系数决定位置环闭环响应速度、速度环抗扰PI控制器增益决定速度环抗干扰能力、第二积分系数决定速度环闭环响应速度;根据用户期望的响应速度,选择ωI,希望响应速度快,选取ωI>1,需要响应速度慢,选取ωI<1;ωI越大,响应速度越快;根据用户期望的响应速度,选择ωD,希望响应速度快,选取ωD>1,需要响应速度慢,选取ωD<1;ωD越大,响应速度越快;KPI越大,跟踪能力越强,抗干扰能力越强;给定ωI后,只要逐步增大KPI,就能够增强抗干扰能力;KPD越大,跟踪能力越强,抗干扰能力越强;给定ωD后,只要逐步增大KPD,就能够增强抗干扰能力。

2.根据权利要求1所述的直流电机速度‑位置双闭环抗扰PID控制方法,其特征在于,所述对所述设定期望角度位置值进行滤波,得到滤波后的设定期望角度位置值,具体包括:根据 计算滤波后的设定期望角度位置值 其中,*

Fy(s)为滤波器,ωf为滤波器带宽,s为控制理论中常用的复频域变量,y (s)为设定期望角度位置值。

3.根据权利要求1所述的直流电机速度‑位置双闭环抗扰PID控制方法,其特征在于,所述将所述滤波后的设定期望角度位置值和所述实际测量角度位置值进行比较,得到位置跟踪误差值,具体包括:

根据 计算位置跟踪误差值ey(s);其中, 为滤波后的设定期望角度位置值,y(s)为实际测量角度位置值,s为控制理论中常用的复频域变量。

4.根据权利要求1所述的直流电机速度‑位置双闭环抗扰PID控制方法,其特征在于,所述将所述设定期望速度值和所述实际测量转速值进行比较,得到速度跟踪误差,具体包括:根据en(s)=uy(s)‑n(s)计算速度跟踪误差en(s);其中,uy(s)为设定期望速度值,n(s)为实际测量转速值,s为控制理论中常用的复频域变量。

5.根据权利要求1所述的直流电机速度‑位置双闭环抗扰PID控制方法,其特征在于,所述第二积分系数大于等于所述第一积分系数。

6.一种直流电机速度‑位置双闭环抗扰PID控制系统,其特征在于,包括滤波器、第一比较器、位置环抗扰PD控制器、第二比较器和速度环抗扰PI控制器;

所述滤波器用于对输入的设定期望角度位置值进行滤波,输出滤波后的设定期望角度位置值;

所述第一比较器与所述滤波器连接,所述第一比较器用于将输入的所述滤波后的设定期望角度位置值和实际测量角度位置值进行比较,输出位置跟踪误差值;

所述位置环抗扰PD控制器与所述第一比较器连接,所述位置环抗扰PD控制器用于根据所述位置跟踪误差确定设定期望速度值;具体为:根据uy(s)=CPD(s)ey(s)计算设定期望速度值uy(s);其中, CPD(s)为位置环抗扰PD控制器,KPD为位置环抗扰PD控制器增益,ωD为第一积分系数,s为控制理论中常用的复频域变量,ey(s)为位置跟踪误差;

所述第二比较器与所述位置环抗扰PD控制器连接,所述第二比较器用于将输入的所述设定期望速度值和所述实际测量转速值进行比较,输出速度跟踪误差值;

所述速度环抗扰PI控制器分别与所述第二比较器和直流电机连接,所述速度环抗扰PI控制器用于根据所述速度跟踪误差确定电压量;具体为:根据un(s)=CPI(s)en(s)计算电压量un(s);其中, CPI(s)为速度环抗扰PI控制器,KPI为速度环抗扰PI控制器增益,ωI为第二积分系数,s为控制理论中常用的复频域变量,en(s)为速度跟踪误差;

并输出所述电压量给直流电机,所述直流电机根据所述电压量进行转速调节和角度位置调节;

位置环抗扰PD控制器增益决定位置环抗干扰能力、第一积分系数决定位置环闭环响应速度、速度环抗扰PI控制器增益决定速度环抗干扰能力、第二积分系数决定速度环闭环响应速度;根据用户期望的响应速度,选择ωI,希望响应速度快,选取ωI>1,需要响应速度慢,选取ωI<1;ωI越大,响应速度越快;根据用户期望的响应速度,选择ωD,希望响应速度快,选取ωD>1,需要响应速度慢,选取ωD<1;ωD越大,响应速度越快;KPI越大,跟踪能力越强,抗干扰能力越强;给定ωI后,只要逐步增大KPI,就能够增强抗干扰能力;KPD越大,跟踪能力越强,抗干扰能力越强;给定ωD后,只要逐步增大KPD,就能够增强抗干扰能力。

7.根据权利要求6所述的直流电机速度‑位置双闭环抗扰PID控制系统,其特征在于,所述滤波器具体包括:

滤波单元,用于根据 计算滤波后的设定期望角度位置值 其中,*

Fy(s)为滤波器,ωf为滤波器带宽,s为控制理论中常用的复频域变量,y (s)为设定期望角度位置值。

8.根据权利要求6所述的直流电机速度‑位置双闭环抗扰PID控制系统,其特征在于,所述第一比较器具体包括:

第一比较单元,用于根据 计算位置跟踪误差值ey(s);其中, 为滤波后的设定期望角度位置值,y(s)为实际测量角度位置值,s为控制理论中常用的复频域变量。

9.根据权利要求6所述的直流电机速度‑位置双闭环抗扰PID控制系统,其特征在于,所述第二比较器具体包括:

第二比较单元,用于根据en(s)=uy(s)‑n(s)计算速度跟踪误差en(s);其中,uy(s)为设定期望速度值,n(s)为实际测量转速值,s为控制理论中常用的复频域变量。

10.根据权利要求6所述的直流电机速度‑位置双闭环抗扰PID控制系统,其特征在于,所述第二积分系数大于等于所述第一积分系数。