[发明专利]PI调节器实现系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机速度控制领域，更具体地说，涉及一种PI调节器实现系统及方法。

背景技术

在电机控制领域，为了实现电机速度的快速无偏差控制通常采用PI算法作为速度闭环控制的调节器，简称速度PI调节器。速度PI调节器通过对速度指令和速度反馈的差值进行PI计算，得到电机控制的转矩指令。电机根据给定的转矩指令加速或者减速从而实现电机的速度控制。具体地，电机根据给定的转矩指令进行加速或者减速，然后检测电机的反馈速度送入PI调节器，如此形成了一个速度的闭环控制。

如图1所示，在目前的电机控制中，速度PI调节器直接根据速度指令和速度反馈的差值进行I积分调节和P比例调节，得到电机控制的转矩指令。

然而，由于反馈速度的产生源于PI计算的结果，因而速度指令和速度反馈之间存在时间延迟（速度反馈滞后速度指令）。由于上述时间延迟的存在，当速度指令变化较快时PI调节器的积分项变化缓慢使得速度控制常出现较大超调的情况，如图2所示。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述PI调节器在速度指令变化较快时出现较大超调的问题，提供一种速度控制PI调节器实现系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种PI调节器实现系统，用于根据控制指令和反馈信息生成新的控制量；包括补偿单元、比例调节单元和积分调节单元，其中：所述补偿单元，用于对控制指令进行积分补偿；所述比例调节单元，用于将控制指令和反馈信息的差值进行比例调节；所述积分调节单元，用于将经补偿单元处理的控制指令和反馈信息的差值进行积分调节。

在本发明所述的PI调节器实现系统中，所述PI调节器的闭环控制的传递函数为：

其中，kp为PI调节器的比例增益、ki为PI调节器的积分增益、s为拉普拉斯算子。

在本发明所述的PI调节器实现系统中，所述补偿单元为一阶低通滤波器且该一阶低通滤波器的传递函数为：

其中τ为一阶低通滤波器的滤波时间常数。

在本发明所述的PI调节器实现系统中，所述一阶低通滤波器的滤波时间常数τ满足τ=1/wn，其中

在本发明所述的PI调节器实现系统中，所述控制指令为速度指令，所述反馈信息为速度反馈，所述新的控制量为转矩指令；或者所述控制指令为电流指令，所述反馈信息为电流反馈，所述新的控制量为电压指令。

本发明还提供一种PI调节器实现方法，用于根据控制指令和反馈信息生成新的控制量；包括以下步骤：

对控制指令进行积分补偿，并将经过积分补偿的控制指令和反馈信息的差值进行积分调节；

将控制指令和反馈信息的差值进行比例调节。

在本发明所述的PI调节器实现方法中，所述PI调节器的闭环控制的传递函数为：

其中，kp为PI调节器的比例增益、ki为PI调节器的积分增益、s为拉普拉斯算子。

在本发明所述的PI调节器实现方法中，所述对控制指令进行积分补偿操作由一阶低通滤波器实现且该一阶低通滤波器的传递函数为：

其中τ为一阶低通滤波器的滤波时间常数。

在本发明所述的PI调节器实现方法中，所述一阶低通滤波器的滤波时间常数τ满足τ=1/wn，其中

在本发明所述的PI调节器实现方法中，所述控制指令为速度指令，所述反馈信息为速度反馈，所述新的控制量为转矩指令；或者所述控制指令为电流指令，所述反馈信息为电流反馈，所述新的控制量为电压指令。

本发明的PI调节器实现系统及方法，通过引入积分补偿环节，可有效抑制采用PI调节器闭环控制的反馈超调。本发明通过积分补偿环节的引入，可有效地提高采用PI调节器的速度和电流闭环控制性能。

附图说明

图1是现有PI调节器的结构示意图。

图2是现有PI调节器的速度指令及速度反馈的示意图。

图3是本发明的PI调节器实现系统第一实施例的示意图。

图4是图3中的PI调节器的速度指令及速度反馈的示意图。

图5是本发明的PI调节器实现系统第二实施例的示意图。

图6是图5中的PI调节器的速度指令及速度反馈的示意图。

图7是本发明PI调节器实现方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。