电机转速PI调节方法、系统、装置及存储介质制造方法及图纸

本申请公开了一种基于灵敏度指标的电机转速PI调节方法、系统、装置及计算机可读存储介质；首先将电机的给定转速与反馈转速的偏差输入到速度PI控制器，速度PI控制器的输出经过电机速度环被控对象输出电机当前转速，并反馈给电机给定转速继续做差，再次将转速偏差输入给速度PI控制器，形成速度闭环控制系统，来实现电机转速精确控制。其中，速度PI控制器的设计利用灵敏度指标，求解PI控制器的增益系数，得到满足灵敏度指标且稳定裕度最优的控制器参数；本申请利用灵敏度指标求解速度环PI控制器的增益系数，得到满足灵敏度指标且使系统稳定裕度最优的控制器参数，进而提升调速系统的鲁棒稳定性，使系统的稳定性受电机转动惯量摄动的影响降到最低。

PI regulation method, system, device and storage medium of motor speed

The application discloses a PI regulating method, system, device and computer readable storage medium of motor speed based on sensitivity index; firstly, the deviation between the given speed and the feedback speed of the motor is input to the speed PI controller, and the output of the speed PI controller outputs the current speed of the motor through the speed loop controlled object of the motor, and feeds back to the given speed of the motor to continue to make a difference, and then The speed deviation is input to the speed PI controller to form a speed closed-loop control system to realize the precise control of motor speed. In the design of speed PI controller, the sensitivity index is used to solve the gain coefficient of PI controller to obtain the controller parameters that meet the sensitivity index and have the optimal stability margin; in this application, the sensitivity index is used to solve the gain coefficient of speed loop PI controller to obtain the controller parameters that meet the sensitivity index and have the optimal stability margin of the system, so as to improve the robustness of the speed control system The stability of the system is minimized by the perturbation of the moment of inertia of the motor.

【技术实现步骤摘要】
电机转速PI调节方法、系统、装置及存储介质
本专利技术涉及自动化领域，特别涉及一种基于灵敏度指标的电机转速PI调节方法、系统、装置及计算机可读存储介质。
技术介绍
PID调节器作为一种经典的控制方法，具有算法简单、鲁棒性强、可靠性高、易于操作等优点，因而被广泛应用于工业过程控制中。现有技术中，常见的PID调节器设计方法包括Z-N整定法和调节器的工程设计方法。其中，Z-N整定公式是建立在对各种过程的仿真基础上的经验公式，Z-N整定公式的建立准则是1/4衰减比，这样系统有较好的抗负载扰动的特性，但系统的阻尼特性和稳定裕度较差，电机转动惯量的摄动仍然对系统的稳定性影响很大。调节器的工程设计方法，系统的稳定裕度并不好，当电机的转动惯量发生摄动时，系统的稳定性仍然受到很大的影响，鲁棒稳定性较差。为此，本专利技术致力于研究出一种鲁棒稳定性更好的电机转速PI调节方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于灵敏度指标的电机转速PI调节方法、系统、装置及计算机可读存储介质，使整个调速系统稳定裕度增加，并提升调速系统的鲁棒稳定性，使系统的稳定性受到电机转动惯量摄动的影响更低。其具体方案如下：一种基于灵敏度指标的电机转速PI调节方法，包括：接收电机给定转速；利用灵敏度指标设计的PI控制器对所述电机给定转速与反馈的电机当前转速的偏差进行调节，输出电流指令；根据所述电流指令，电机控制对象模型输出电机当前转速；其中，所述PI控制器为利用灵敏度、开环传递函数和奈奎斯特曲线，求解所述PI控制器的增益系数，得到满足灵敏度指标且稳定裕度最大的控制器。可选的，所述控制对象模型为：式中，GP(s)表示控制对象，J表示永磁同步伺服电机转动惯量，B表示永磁同步伺服电机粘滞摩擦系数，Ton表示速度环滤波时间常数，τi表示编码器测速延时、电流采样延时、逆变器延时和死区延时时间之和，KI表示电流环开环增益。可选的，所述PI控制器的结构式为：式中，Gc(s)表示控制器，KP表示比例增益系数，Ki表示积分增益系数，n表示增益系数，P表示磁极对数，ψf表示磁链，α表示速度标幺系数，β表示电流标幺系数，ML表示灵敏度，τ表示速度环等效延时时间，T表示速度环等效时间常数。可选的，所述灵敏度取值为1.2。可选的，还包括：前馈控制器接收所述电机给定转速，所述前馈控制器利用所述电机给定转速生成前馈电流指令；所述根据所述电流指令，电机控制对象模型输出电机当前转速的过程，包括：利用所述电流指令和所述前馈电流指令之和生成控制电流指令；根据所述控制电流指令，所述电机控制对象模型输出电机当前转速；其中，所述前馈控制器为：H(s)＝F(s)Gp-1(s)；式中，H(s)表示前馈控制器，F(s)表示前馈低通滤波器，Gp(s)表示所述控制对象模型。本专利技术还公开了一种基于灵敏度指标的电机转速PI调节系统，包括：转速给定模块，用于接收电机给定转速；PI调节模块，用于利用灵敏度指标设计的PI控制器对所述电机给定转速与反馈的电机当前转速的偏差进行调节，输出电流指令；转速输出模块，用于根据所述电流指令，电机控制对象模型输出电机当前转速；其中，所述PI控制器为利用灵敏度、开环传递函数和奈奎斯特曲线，求解所述PI控制器的增益系数，得到满足灵敏度指标且稳定裕度最大的控制器。可选的，所述PI控制器的结构式为：式中，Gc(s)表示控制器，KP表示比例积分增益系数，Ki表示比例积分增益系数，n表示增益系数，P表示磁极对数，ψf表示磁链，α表示速度标幺系数，β表示电流标幺系数，ML表示灵敏度，τ表示速度环等效延时时间，T表示电机速度环等效时间常数。可选的，还包括：前馈调节模块，用于前馈控制器接收所述电机给定转速，所述前馈控制器利用所述电机给定转速生成前馈电流指令；所述转速输出模块，包括：电流指令生成单元，用于利用所述电流指令和所述前馈电流指令之和生成控制电流指令；转速输出单元，用于根据所述控制电流指令，所述电机控制对象模型输出电机当前转速；其中，所述前馈控制器为：H(s)＝F(s)Gp-1(s)；式中，H(s)表示前馈控制器，F(s)表示前馈低通滤波器，Gp(s)表示所述控制对象模型。本专利技术还公开了一种基于灵敏度指标的电机转速PI调节装置，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序以实现如前述的电机转速PI调节。本专利技术还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的电机转速PI调节方法。本专利技术中，基于灵敏度指标的电机转速PI调节方法，包括：接收电机给定转速；利用灵敏度指标设计的PI控制器对电机给定转速与反馈的电机当前转速的偏差进行调节，输出电流指令；根据电流指令，电机控制对象模型输出电机当前转速；其中，PI控制器为利用灵敏度、开环传递函数和奈奎斯特曲线，求解PI控制器的增益系数，得到满足灵敏度指标且稳定裕度最大的控制器。本专利技术利用灵敏度、开环传递函数和奈奎斯特曲线，求解PI控制器的增益系数，得到满足灵敏度指标且稳定裕度最优的控制器参数，进而提升电机转速控制系统的鲁棒稳定性，使电机转速控制系统的稳定性受电机转动惯量摄动的影响降到最低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例公开的一种电机转速PI调节方法流程示意图；图2为本专利技术实施例公开的一种永磁同步伺服系统速度环结构示意图；图3为本专利技术实施例公开的一种简化永磁同步伺服系统速度环结构示意图；图4为本专利技术实施例公开的一种灵敏度约束条件几何表现示意图；图5为本专利技术实施例公开的另一种电机转速PI调节方法流程示意图；图6为本专利技术实施例公开的一种前馈补偿型二自由度结构示意图；图7为本专利技术实施例公开的一种前馈补偿型简化速度环结构示意图；图8为本专利技术实施例公开的另一种前馈补偿型速度环结构示意图；图9为本专利技术实施例公开的一种电机转速PI调节系统结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例公开了一种基于灵敏度指标的电机转速PI调节方法，参见图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于灵敏度指标的电机转速PI调节方法，其特征在于，包括：/n接收电机给定转速；/n利用灵敏度指标设计的PI控制器对所述电机给定转速与反馈的电机当前转速的偏差进行调节，输出电流指令；/n根据所述电流指令，电机控制对象模型输出电机当前转速；/n其中，所述PI控制器为利用灵敏度、开环传递函数和奈奎斯特曲线，求解所述PI控制器的增益系数，得到满足灵敏度指标且稳定裕度最大的控制器。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于灵敏度指标的电机转速PI调节方法，其特征在于，包括：
接收电机给定转速；
利用灵敏度指标设计的PI控制器对所述电机给定转速与反馈的电机当前转速的偏差进行调节，输出电流指令；
根据所述电流指令，电机控制对象模型输出电机当前转速；
其中，所述PI控制器为利用灵敏度、开环传递函数和奈奎斯特曲线，求解所述PI控制器的增益系数，得到满足灵敏度指标且稳定裕度最大的控制器。


2.根据权利要求1所述的一种基于灵敏度指标的电机转速PI调节方法，其特征在于，所述控制对象模型为：



式中，GP(s)表示控制对象，J表示永磁同步伺服电机转动惯量，B表示永磁同步伺服电机粘滞摩擦系数，Ton表示速度环滤波时间常数，τi表示编码器测速延时、电流采样延时、逆变器延时和死区延时时间之和，KI表示电流环开环增益。


3.根据权利要求2所述的一种基于灵敏度指标的电机转速PI调节方法，其特征在于，所述PI控制器的结构式为：



式中，Gc(s)表示控制器，KP表示比例增益系数，Ki表示积分增益系数，n表示PI控制器增益系数，P表示磁极对数，ψf表示磁链，α表示速度标幺系数，β表示电流标幺系数，ML表示灵敏度，τ表示速度环等效延时时间，T表示速度环等效时间常数。


4.根据权利要求3所述的电机转速PI调节方法，其特征在于，所述灵敏度取值为1.2。


5.根据权利要求1至4任一项所述的电机转速PI调节方法，其特征在于，还包括：
前馈控制器接收所述电机给定转速，所述前馈控制器利用所述电机给定转速生成前馈电流指令；
所述根据所述电流指令，电机控制对象模型输出电机当前转速的过程，包括：
利用所述电流指令和所述前馈电流指令之和生成控制电流指令；
根据所述控制电流指令，所述电机控制对象模型输出电机当前转速；
其中，所述前馈控制器为：H(s)＝F(s)Gp-1(s)；
式中，H(s)表示前馈控制器，F(s)表示前馈低通滤波器，Gp(s)表示所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涵，曾岳南，罗炳章，郭富强，钟灼臻，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44