直流电机控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了直流电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取目标速度n；检测当前速度n

【技术实现步骤摘要】
直流电机控制方法和装置
本专利技术涉及直流电机控制领域，特别涉及PID速度控制方法。
技术介绍
直流电机是机器人动作执行不可或缺的部件，电机控制性能的好坏直接决定了机器人动作的精准度和稳定性。目前的电机控制一般采用PID的控制方式，速度作为PID输入参考条件，进行比例微分积分调节控制，输出控制电压占空比，再根据霍尔逻辑关系驱动功率器件的开关。由于PID本身所具有的超调特性，存在着电机速度控制反应慢，速度控制容易超调震荡等问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供直流电机控制方法和装置，其能解决由于PID控制的超调特性引起的直流电机速度控制反应慢，速度控制容易超调震荡等问题。本专利技术的目的采用以下技术方案实现：直流电机控制方法，包括以下步骤：获取目标速度n；检测当前速度nk；计算当前目标转差ek；根据所述当前速度nk计算测速基础电压W以及根据所述当前目标转差ek计算PID调节电压V；根据所述PID调节电压V和测速基础电压W计算输出电压U；根据所述输出电压U驱动直流电机。优选的，所述直流电机为无刷直流电机；根据所述输出电压驱动直流电机，具体包括以下子步骤：根据所述输出电压U计算电压占空比；根据所述电压占空比和无刷直流电机的控制逻辑，控制功率管驱动所述直流电机。优选的，所述根据所述PID调节电压V和测速基础电压W计算输出电压U具体为根据以下计算公式计算得到：U＝aV+bW；其中a、b分别为调节系数和基础系数，a、b均为大于0的常数。优选的，所述根据所述当前速度nk计算所述测速基础电压W，具体为根据以下计算公式计算：W＝Cr×φ×nk其中，Cr为电动势常数，φ为电机磁通。优选的，所述根据所述当前目标转差ek计算PID调节电压V，具体为：所述PID调节电压V等于比例项Vp、积分项Vi和微分项Vd之和；其中，Vp＝KPek，Vd＝Kd×(ek-ek-1)，KP为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，k为正整数。优选的，所述根据所述当前目标转差ek计算PID调节电压V，具体为：所述PID调节电压V由数字递推PID控制算法计算，具体为根据以下计算公式计算：ΔVk+1＝Aek+Bek-1+Cek-2，Vk+1＝Vk+ΔVk+1；其中，A＝Kp+Ki+Kd，B＝Kp+2Kd，C＝Kd，KP为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数。直流电机控制装置，包括：目标模块，用于获取目标速度n；测速模块，用于检测当前速度nk；第一计算模块，用于计算当前目标转差ek；第二计算模块，用于根据所述当前速度nk计算测速基础电压W；第三计算模块，用于根据所述当前目标转差ek计算PID调节电压V；第四计算模块，用于根据所述PID调节电压V和测速基础电压W计算输出电压U；驱动模块，用于根据所述输出电压U驱动直流电机。优选的，所述直流电机为无刷直流电机，所述驱动模块包括：占空比计算单元，用于根据所述输出电压U计算电压占空比；控制单元，用于根据所述电压占空比和无刷直流电机的控制逻辑，控制功率管驱动所述直流电机。优选的，所述第四计算模块具体被配置为：根据以下计算公式计算得到输出电压U：U＝aV+bW；其中，a、b分别为调节系数和基础系数，a、b均为大于0的常数。直流电机控制装置，包括：处理器以及用于存储处理器可执行的指令的存储器；所述处理器被配置为：获取目标速度n；检测当前速度nk；计算当前目标转差ek；根据所述当前速度nk计算测速基础电压W以及根据所述当前目标转差ek计算PID调节电压V；根据所述PID调节电压V和测速基础电压W计算输出电压U；根据所述输出电压U驱动直流电机。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：在传统比例微分积分调节控制的基础上，引入了速度比例控制部分，使得直流电机的速度收敛控制更快，速度也更加稳定。可以避免在控制目标速度附近，由于PID的积分部分占比很大，而积分的稳定需要一定的收敛时间，而出现的收敛速度慢，超调震荡严重的缺点。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的直流电机控制方法的流程示意图。图2是本专利技术实施例二提供的直流电机控制装置的结构示意图。图3是本专利技术实施例三提供的直流电机控制装置的结构示意图。具体实施方式上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。直流电机的电压方程为：U＝e+IR＝Crφn+IR(1)其中e为反向电动势，I为电流，R为电阻，Cr为电动势常数，φ为电机磁通，n为转速。从电压方程可以看出，电机的输入电压可以分为两个部分，一部分抵消了反向电动势，属于电机的有效做功部分；另一部分经过线圈产生热量耗散掉，这是无效做功部分。从公式(1)可以看出，电机的输入电压和转速成非线性正比例关系，正是基于这种关系，目前大多数电机采用PID控制方法。公式如下：Uk+1＝Kp×ek+(Ki×ek+Ui)+Kd×(ek-ek-1)(2)其中ek＝n-nk为转速差。这种控制方式不仅方法简单，而且使用范围宽。但也会出现收敛速度慢，超调震荡严重的缺点。其原因是在控制目标速度附近，PID的积分占比很大，而积分的稳定需要一定的收敛时间。直流电机的转矩方程为：综合考虑直流电机的电压方程(1)和转矩方程(3)。式(1)的第一部分表示输出电压与速度成正比例关系。式(3)表示电流I与转矩T成正比例关系，而转矩T与速度成非线性正比关系，因此电流I与速度成非线性正比关系。所以式(1)的第二部分IR表示电压与速度成非线性正比关系。由以上分析可以得出，电机的输入电压由两部分构成，一部分与电机的转速成正比关系，另一部分与速度成非线性正比关系。在直流电机的速度控制方法上，可以考虑输入电压包含两部分，一部分表示与转速成正比关系的Ks×nk，另一部分表示与速度成非线性正比关系的PID控制部分Kp×ek+(Ki×ek+Ui)+Kd×(ek-ek-1)。因此改进后的直流电机速度控制公式为：Uk+1＝Kp×ek+(Ki×ek+Ui)+Kd×(ek-ek-1)+Ks×nk(4)其中，据此原理，本专利技术提供了改进的PID直流电机控制方法和装置。实施例一：如图1所示的直流电机控制方法，包括以下步骤：S101，获取目标速度n；S102，检测当前速度nk；S103，计算当前目标转差ek；S104，根据所述当前速度nk计算测速基础电压W以及根据所述当前目标转差ek计算PID调节电压V；典型的，所述根据所述当前速度nk计算所述测速基础电压W，具体为根据以下计算公式计算：W＝Cr×φ×nk其中，Cr为电动势常数，φ为电机磁通。直流电机的输入电压包含两部分，一部分表示与转速成正比关系的测速基础电压W，另一部分表示与速度成非线性正比关系的PID控制部分PID调节电压V。S105，根据所述PID调节电压V和测速基础电压W计算输出电压U；典型的，所述根据所述PID调节电压V和测速基础电压W计算输出电压U具体为根据以下计算公式计算得到：U＝aV+bW；其中，a、b分别为调节系数和基础系数。优选的，a、b均为大于0的常数，具体可以根据实际控制要求调节。改进后的直流电机速度控制公式U＝aV+bW，在传统比例微分积分调本文档来自技高网...

【技术保护点】
直流电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取目标速度n；检测当前速度n

【技术特征摘要】
1.直流电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取目标速度n；检测当前速度nk；计算当前目标转差ek；根据所述当前速度nk计算测速基础电压W以及根据所述当前目标转差ek计算PID调节电压V；根据所述PID调节电压V和测速基础电压W计算输出电压U；根据所述输出电压U驱动直流电机。2.如权利要求1所述的直流电机控制方法，其特征在于：所述直流电机为无刷直流电机；根据所述输出电压驱动直流电机，具体包括以下子步骤：根据所述输出电压U计算电压占空比；根据所述电压占空比和无刷直流电机的控制逻辑，控制功率管驱动所述直流电机。3.如权利要求1或2所述的直流电机控制方法，其特征在于：所述根据所述PID调节电压V和测速基础电压W计算输出电压U具体为根据以下计算公式计算得到：U＝aV+bW；其中a、b分别为调节系数和基础系数，a、b均为大于0的常数。4.如权利要求1或2所述的直流电机控制方法，其特征在于：所述根据所述当前速度nk计算所述测速基础电压W，具体为根据以下计算公式计算：W＝Cr×φ×nk其中，Cr为电动势常数，φ为电机磁通。5.如权利要求1或2所述的直流电机控制方法，其特征在于：所述根据所述当前目标转差ek计算PID调节电压V，具体为：所述PID调节电压V等于比例项Vp、积分项Vi和微分项Vd之和；其中，Vp＝KPek，Vd＝Kd×(ek-ek-1)，KP为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，k为正整数。6.如权利要求1或2所述的直流电机控制方法，其特征在于：所述根据所述当前目标转差ek计算PID调节电压V，具体为：所述PID调节电压V由数字递推PID控制算...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊友军，范文华，白熹，柳冬，
申请(专利权)人：深圳市优必选科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44