[发明专利]一种带宽参数化直流调速反馈控制系统

说明书

本发明公开了一种带宽参数化直流调速反馈控制系统，涉及运动控制系统技术领域。该具有前馈部分的PD反馈控制器提高例如直流调速系统的响应速度、抗干扰性以及参数整定的便捷性。从直流电机电枢回路组成和转矩控制规律出发，先建立直流调速系统模型框图和传递函数，并通过定义系统模型传递函数的增益尺度和频域尺度，设计一种参考轨迹前馈型PD反馈控制器，同时将PD控制器增益取为闭环系统带宽的函数，从而明确控制器参数整定和调节的物理意义，带宽越大，系统响应速度越快，抑制外扰效果越好。

技术领域

本发明涉及运动控制系统技术领域，特别是涉及一种带宽参数化直流调速反馈控制系统。

背景技术

随着社会对工业过程生产效率和产品质量要求不断提升，需要利用先进控制技术，保证制造过程中自动化生产设备的安全运行和高性能调速。由于直流调速系统普遍具有传动效率高、系统结构简单和控制效果良好等优点，直流调速系统在机器人、液压驱动和AGV(自动导引运输车)等领域受到了广泛应用。

目前，在实际工程应用中，经典PID算法常常用于直流调速系统电流环和速度环控制器设计。然而，随着工业发展对控制系统精度和速度要求不断提高，传统PID控制方式慢慢显露其不足，例如存在精度低、抗干扰能力弱和参数整定往往基于工程师的经验积累等问题。

随之产生的模糊PID、自校正PID、分数阶PID和利用进化算法整定PID参数等方法虽然一定程度提高了传统PID性能，但这些先进PID控制技术往往由于过于复杂而在工程应用中收到一定限制。因此，研究一种简单有效的直流调速系统反馈控制和参数整定技术具有重要的实际意义。

发明内容

本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种带宽参数化直流调速反馈控制系统。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种带宽参数化直流调速反馈控。

本发明解决的技术问题是提供一种具有前馈部分的PD反馈控制器，提高直流调速系统的响应速度、抗干扰性以及参数整定的便捷性。从直流电机电枢回路组成和转矩控制规律出发，先建立直流调速系统模型框图和传递函数，并通过定义系统模型传递函数的增益尺度和频域尺度，设计一种参考轨迹前馈型PD反馈控制器，同时将PD控制器增益取为闭环系统带宽的函数，从而明确控制器参数整定和调节的物理意义，带宽越大，系统响应速度越快，抑制外扰效果越好。

本发明是采用以下技术方案实现的：

第一步：建立直流调速系统的电枢回路方程和运动方程

其中，R、L分别为电枢回路总电阻和电感，i(t)是电枢回路电流，v_a是输入电压，v_e＝K_b.ω(t)是反电动势，K_b是反电动势系数，J是转动惯量，ω(t)是电机转子角速度，τ＝K_m.i(t)是电磁转矩，K_m是电动机额定励磁下的转矩系数，K_f是摩擦阻尼系数，t_d是系统外部负载转矩扰动。

第二步：建立直流调速系统的传递函数模型

对(1)两端进行拉氏变换可得

其中，I(s)，V_a(s)，V_e(s)，ω(s)，τ(s)，T_d(s)分别是i(t)，v_a，v_e，ω(t)，τ，t_d的拉氏变换。

利用(2)，给出系统模型框图如图2所示。

根据图2，可以得到转速输出ω(s)到电压输入V_a(s)的传递函数，以及转速输出ω(s)到扰动输入T_d(s)的传递函数