[发明专利]一种基于DSP的电流环路数字化方法

说明书

本发明提供了一种基于DSP的电流环路数字化方法，首先建立数字电流环数学模型，然后采样电枢电流信号，测量固有频率特性，最终设计数字控制器。本发明以高性能DSP为核心设计数字化电流环控制器，大幅度简化了硬件设计，提高了可靠性；DSP高速、实时的运算能力，为复杂有效的控制算法的应用创造了条件，有利于先进控制理论的工程应用实现。

技术领域

本发明涉及一种电流环路数字化方法，主要应用于跟踪雷达伺服系统中。

背景技术

当今雷达伺服系统在控制方式方面多采用电流环、速度环、位置环三环嵌套控制结构。电流环是最内环，在伺服系统中起着核心作用，它的快速性对整个系统的快速性的影响最为直接。从电机的数学模型可知，伺服系统的输入电流与电机的输出转矩有着直接关系，电流环使电流快速跟随外环调节器输出量的变化，使伺服系统有足够大的加速转矩，因此，对电流控制的优劣直接影响着系统的动静态响应性能。

目前，三环结构的雷达伺服系统中，电流环仍以模拟环路的形式为主。模拟电流环路需要设计专用的A/D采样电路和校正电路，通过运算放大器来实现控制规律，其控制线路复杂、通用性差，控制效果会受到器件性能、温度因素的影响。

数字化电流环可以通过控制软件对反馈信号进行逻辑判断和复杂运算，采用软件灵活地实现各种复杂的控制规律，也避免了控制精度受器件温度漂移的影响。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于DSP的电流环路数字化方法，以高性能DSP为核心设计数字化电流环控制器，大幅度简化了硬件设计，提高了可靠性；DSP高速、实时的运算能力，为复杂有效的控制算法的应用创造了条件，有利于先进控制理论的工程应用实现。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)建立电流环数学模型其中，电流环闭环脉冲传递函数G(s)＝G₁(s)G₂(s)G₃(s)，G₁(s)、G₂(s)、G₃(s)分别为驱动电机的零阶保持器、PWM功放、电机电枢回路的传递函数，D(s)为电流环控制器的传递函数，K为比例环节，C(s)为输出信号，R(s)为输入信号；

2)选用霍尔传感器对电枢电流信号进行采样，作为电流环路的反馈信号进行闭环控制，电枢电流信号采样周期T取1/10f_B，f_B＝ω_B/2π，ω_B是连续系统的闭环带宽；

3)利用控制系统分析仪对电流环固有频率特性进行测量，控制系统分析仪产生的正弦信号通过A/D变换后送入DSP，DSP输出占空比变化的PWM信号给功放后引起电机电枢电流的变化，电流信号由霍尔传感器反馈给控制系统分析仪，从而得到电流环从PWM信号输出到霍尔传感器输出之间的固有频率特性；根据系统开环增益、截止频率以及稳定裕度指标，确定期望的系统开环频率特性；

4)采用PI调节器把电流环校正成I型系统，传递函数其中，K_i为比例系数，T_i为积分时间常数，比例系数确保超调量在5％以内，L_a为电枢电感，R_a为电枢电路的电阻。

本发明的有益效果是：根据实际选用的功放、电机及霍尔传感器参数进行建模，系统线性分析得到了模拟电流环及数字电流环的开环频特性曲线及闭环单位阶跃响应曲线。可以看出，数字电流环具有良好的动态性能及稳定性。

与模拟电流环相比，数字电流环在技术上具有以下优势：

(1)数字控制器通过DSP软件来实现，通过控制软件对反馈信号进行逻辑判断和复杂运算，易于灵活地实现各种复杂的控制规律，电流环的数字校正策略更加灵活，且控制器参数易调整；