[发明专利]一种高效的速度反馈PID控制装置

说明书

技术领域

本发明属于数字式控制领域，涉及一种PID算法，特别涉及一种速度反馈PID算法。

背景技术

PID算法在反馈控制中运用非常广泛，尤其在电机调速、位置伺服等运动控制场合基本上离不开PID控制。传统的速度反馈PID控制实现方式如图1所示，一般速度反馈信号speed不能通过传感器直接测量，需要通过位置检测经过转换计算才能得到。如图中N对极电机霍尔信号的一个周期表示转子转过1/N转，通过计数器以频率CLK对该周期进行计数得到计数值n，由此可以计算出速度反馈已知的参考速度speed_REF与计算得到的speed相减，其差值e作为控制量输入PID控制器，最后由PID控制器得到输出，经PWM控制器以控制电机的转速。该方法存在一个缺陷，速度反馈信号speed是间接测量的，直接测量值是计数值n，转换计算不仅消耗了处理器的计算资源，且在转换过程中若数据类型处理不恰当会极大程度浪费计数值n的测量精度，从而导致speed误差增大，造成PID控制性能变差，无法满足某些高精度控制系统。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种高效的速度反馈PID控制装置，解决传统速度PID控制对速度反馈speed间接测量带来的数据精度丢失，而造成PID控制性能变差的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效的速度反馈PID控制装置，包括计数器、PID控制器、PWM控制器和霍尔传感器，

所述计数器的第一输入端与外部时钟CLK相连，第二输入端与霍尔传感器的输出端连接，霍尔传感器的输入端与电机的输出端连接，电机的输入端与PWM控制器的输出端连接，PWM控制器的输入端与PID控制器的输出端连接，PID控制器的输入端接控制量e，

所述计数器用于按频率CLK对霍尔信号周期进行计数，得到计数值n，计数值n与外部输入参考值n_REF相减，得到差值e作为控制量输入PID控制器，参考值为给定已知常量；

PID控制器，根据控制量e给出相应的PID输出；

PWM控制器，根据PID控制器的输出产生相应脉宽的PWM调制信号去驱动电机；

霍尔传感器，检测电机转子的位置，并将位置信息转换为矩形波并作为计数器的输入信号。

进一步，计数器为微处理器，通过配置单片机或者DSP处理器的计数器资源来实现。

进一步，PID控制器为常规的微处理器，由单片机或者DSP处理器编程实现。

进一步，PWM控制器为IPM模块或由MOSFET等分立元件搭建。

进一步，电机为三相无刷直流电机。

进一步，霍尔传感器为电机自带的位置检测传感器。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果：

本发明采用计数器、PID控制器、PWM控制器、电机和霍尔传感器相互连接来实现。通过计数器按频率CLK对霍尔信号的周期进行计数，得到计数值n，与外部输入参考常量n_REF相减，得到差值e作为控制量输入PID控制器，最后由PID控制器得到输出，经PWM控制器以控制电机的转速。它具有以下特点：

1.运用直接测量的计数值n代替传统速度PID控制需要经过二次转换运算才能得到的速度反馈speed，转换运算为有效的解决了转换过程中因数据类型处理不当造成的计数值n的精度丢失，保证了PID的控制精度，可以满足高精度控制系统的需求。

2.较传统速度PID控制省去了速度反馈speed的转换运算，使控制结构更加简单，节约了处理器的计算资源。

3.传统速度PID控制的参考信号为给定值、反馈信号为测量值，本发明由于将反馈参数由速度speed改成了时间计数值n，则PID的组织结构变为参考信号为测量值、反馈信号为给定值，该结构具有和传统方法相同的速度调节功能，但不会丢失测量精度，且结构更加简单高效。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是传统的速度反馈PID控制框图；

图2是本发明的速度反馈PID控制框图；

图3是(a)传统速度反馈PID控制软件流程图与(b)本发明具体实施的速度反馈PID控制软件流程图；

图4是传统速度反馈PID控制的实际测试结果图；

图5是本发明的速度反馈PID控制的实际测试结果图。

具体实施方式