[发明专利]一种预测PI算法和组合积分环节相结合的直流调速系统

说明书

本发明提供了一种预测PI算法和组合积分环节相结合的直流调速系统，其特征在于：包括串联的组合积分环节与预测PI控制器；通过组合积分环节对输入电压信号进行滤波，使其均匀上升；组合积分环节输出信号送至预测PI控制器，预测PI控制器输出信号送至直流电动机，直流电动机的输出值反馈至预测PI控制器输入端。本发明采用组合积分环节与预测PI算法相结合的控制策略，对输入信号进行均值滤波，使偏差电压在启动时不至于突然过大，起到了限流作用；预测PI控制器可以有效控制系统的稳态与动态性能。本发明在起到限流保护的基础上，系统的快速性得到明显改善，系统的稳态性能和抗干扰能力优越，同时抗扰性能和鲁棒性强。

技术领域

本发明涉及运动控制系统技术领域，特别是涉及一种预测PI算法和组合积分环节相结合的直流调速系统。

背景技术

在现代工业生产中，大量机械设备被要求能够及时、精确的改变工作的速度，例如地铁列车在出站、进站以及运行过程中，要求的速度就不同。又如印刷机械，根据被选择的材料品种和厚度不同，需要合适的转速。由于直流电动机具有良好的启动和调速性能，可以满足大范围内平滑调速的要求。虽然，近来高性能交流调速技术发展迅速，但直流调速也仅是在一些调速性能要求不高的领域被逐步取代，在调速范围大、快速性高、控制性能优异的场合，其仍被广泛应用。因此，研究直流电机调速系统对工业生产具有重要的实际意义。

传统直流调速系统大多数采用晶闸管整流器-电动机调速系统，简称V-M系统，随着电力电子技术发展，其逐渐被直流PWM调速系统所取代。但由于直流PWM调速系统是开环控制的调速系统，其静态特性和抗干扰较差、静差率高、调速范围小，利用“检测偏差，进而纠正偏差”的思想构成的闭环调速系统，在设置电压检测和反馈装置后，将反馈量与给定量进行比较，利用偏差值对系统进行控制，能够改进开环控制缺陷。

直流调速系统常采用电压、电流闭环控制来提高系统的动静态品质，当直流电动突然加上给定电压时。由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压为零，导致偏差电压过大。电枢电压瞬间达到最高值，对电动机来说，相当于全压启动，当然是不允许的。以及当生产机械的电动机遇到堵转情况时，例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块，由于直流调速系统的静特性很硬，都会产生远超过允许的电流值，进而损坏系统。如果只依赖过流继电器或快速熔断器，会使系统处于跳闸与通电之间，影响系统正常工作。

传统直流调速系统中，利用PI调节器实现对系统的无静差调速，引入电流截止负反馈来进行过流保护，此控制方案解决了原系统中的安全性问题，然而却是以对快速性的限制来换取系统稳定，致其快速性和抗干扰能力较差。

传统PI算法与电流截止负反馈相结合的控制方案的不足：

(1)传统PI算法，在选择参数Kp和τ时，比较困难，设计时往往需用多种手段，反复试凑。在稳、准、快和抗干扰这四个矛盾的方面之间取得折中，才能获得比较满意的结果。

(2)传统PI的参数没有直观的实际物理意义，适宜于控制要求不高的情况，针对一些带有时延环节和积分特性的被控对象，采用PID和PI算法控制，则很难达到所要求的控制效果。

(3)电流截止负反馈仅仅限制了最大电枢电流，其控制主要体现在电压处于开环状态时。当电枢电流在最大允许值范围内时，该环节并不起作用，当电压环处于闭环状态时，其相当于一个扰动输入，而负载扰动处于电压闭环之外。因此，该环节对于负载突变而产生的转速改变没有抑制作用，抗扰性较弱，而作为一个实用的调速系统，其动态性能也远达不到控制要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够在启动时起限流保护作用，且快速性好，鲁棒性和抗干扰性能优越的直流调速系统。