一种无反馈有刷电机速度闭环控制方法技术

本发明专利技术公开了一种无反馈有刷电机速度闭环控制方法，其包括以下步骤：计算电机反电动势、计算反电动势常数、估算电机转速和闭环控制。本发明专利技术取得的有益效果：在没有编码器反馈的情况下，可以避免电压开环控制方式下负载动态变化导致的速度波动较大的问题，保证在各种工况运行下保持实际速度和指令速度的基本一致，起到提高可靠性的作用，并降低了成本。达到了成本较低、可靠性较好、系统响应速度较快和启停动态响应特性较好的优点，采用该算法的直流驱动器尤其适合应用于洗地车、小型剪叉车的驱动系统。驱动系统。驱动系统。

【技术实现步骤摘要】
一种无反馈有刷电机速度闭环控制方法


[0001]本专利技术涉及有刷电机控制方法的
，具体涉及一种无反馈有刷电机速度闭环控制方法。

技术介绍

[0002]有刷电机是内含电刷装置的电机，它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点，具有广泛的应用前景。在电机的使用中，为了满足不同的使用需求，需要控制电机以不同的转速工作。
[0003]传统的有刷电机速度控制都采用编码器反馈计算实际速度Vfdb后，再对指令速度斜坡处理后的Vref进行PID运算，根据速度环PID以及电流环PID的输出控制驱动单元，完成速度的闭环控制。该传统方案虽然具有控制精度高的优点，但缺点是增加系统成本和维护难度，并且由于多了一个反馈环节，也降低了系统的可靠性和安全性，若编码器损坏无法反馈电机实际速度则会导致系统飞车。
[0004]故现有技术中的有刷电机控制方法存在成本较高、可靠性不足的缺点。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种无反馈有刷电机速度闭环控制方法，其包括以下步骤：计算电机反电动势、计算反电动势常数、估算电机转速和闭环控制，该无反馈有刷电机速度闭环控制方法具有成本较低、可靠性较好的优点。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种无反馈有刷电机速度闭环控制方法，包括以下步骤：
[0008]S1、计算电机反电动势：根据公式计算电机反电动势E＝U
‑
Ir，其中r为电机的定子内阻，I为额定电压空载运行状态下的实际相电流，U为电机额定电压；
[0009]S2、计算反电动势常数：测量计算出电机的反电动势常数Ke；
[0010]S3、估算电机转速：通过电机电流和电机两端实际电压，根据公式估算电机实际转速V2＝(U
‑
Ir)/Ke；
[0011]S4、闭环控制：获取电机实际转速V2后，对电机转速和电流进行闭环控制。
[0012]通过这样的设置：达到了成本较低、可靠性较好的优点，采用该算法的直流驱动器尤其适合应用于洗地车、小型托盘车、小型剪叉车等工业车辆的驱动系统。
[0013]作为优选，在步骤S1中，还包括以下步骤：
[0014]使用万用表测量电机的定子内阻r，得到电机的定子内阻r的具体数值。
[0015]通过这样的设置：实现反电动势常数Ke的测算。
[0016]作为优选，在步骤S1中，还包括以下步骤：
[0017]电机在额定电压空载运行状态下，通过电流传感器获取的实际电流I，得到I的具体数值。
[0018]通过这样的设置：实现反电动势常数Ke的测算。
[0019]作为优选，在步骤S2中，还包括以下步骤：
[0020]根据感应电动势的计算公式E＝BLV，其中B和L为常数，设反电动势常数Ke＝BL，得到Ke＝E/V。
[0021]通过这样的设置：实现估算电机转速的功能。
[0022]作为优选，步骤S2中，还包括以下步骤：
[0023]使用测速仪测试电机在额定电压空载运行状态下的转速V1，将V1代入公式Ke＝E/V并计算得出反电动势常数Ke＝E/V1。
[0024]通过这样的设置：实现反电动势常数Ke的测算。
[0025]作为优选，在步骤S2中，还包括以下步骤：
[0026]查电机特性曲线表得出电机对应的电压U、转速V和相电流I并代入公式E＝V*Ke＝U
‑
Ir中，计算得出反电动势常数Ke。
[0027]通过这样的设置：实现反电动势常数Ke的测算。
[0028]作为优选，在步骤S2中，还包括以下步骤：
[0029]查电机特性曲线表得出多组电机对应的电压U、转速V和相电流I，根据多组对应的电压U、转速V和相电流I分别计算出反电动势常数Ke。
[0030]通过这样的设置：避免出现测算错误。
[0031]作为优选，在步骤S2中，还包括以下步骤：
[0032]设定预设值，若任意两组数据测算出的反电动势常数Ke的差值均小于预设值，则进入步骤S3；若任意两组数据测算出的反电动势常数Ke的差值超过预设值，则重新进行步骤S2并检查核对。
[0033]通过这样的设置：起到保证反电动势常数Ke测算准确度的作用。
[0034]作为优选，在步骤S4中，还包括以下步骤：
[0035]通过PID算法对电机转速和电流进行闭环控制。
[0036]通过这样的设置：实现电机的转速的控制。
[0037]相对于现有技术，本专利技术取得了有益的技术效果：
[0038]1、该控制方法通过测量计算出反电动势E后，再反算出反电动势常数Ke，在电机工作过程中，根据电机的电流和电机正负极两端的实际电压，代入到公式公式中，从而实现了电机转速的估算。并且，能够通过监测电机电流和电压，从而能够实现电机的实时测算，并且不需要编码器反馈计算电机的实际速度，从而在电机控制方案中省去了编码器，从而达到了降低成本的效果。
[0039]2、在没有编码器反馈的情况下，可以避免电压开环控制方式下负载动态变化导致的速度波动较大的问题，保证在各种工况运行下保持实际速度和指令速度的基本一致。解决了电压开环控制方式的电机在受到正向和反向负载(如采用该控制方法的电机的车辆在上坡和下坡时)指令速度差异过大，并避免了编码器损坏而导致的系统飞车的问题，起到提高可靠性的作用。同时，通过实时测量电机的电流和电压进行计算，系统响应速度较快，具有启停动态响应特性较好的优点。
[0040]3、该控制方法具有成本较低、可靠性较好的优点，采用该算法的直流驱动器尤其适合应用于洗地车、小型托盘车、小型剪叉车等工业车辆的驱动系统。
附图说明
[0041]图1是本专利技术实施例1中一种无反馈有刷电机速度闭环控制方法的流程示意图；
[0042]图2是本专利技术实施例1中电机转速和反电动势的线性关系示意图；
[0043]图3是本专利技术实施例1中实施该无反馈有刷电机速度闭环控制方法的系统控制框图；
[0044]图4是本专利技术实施例1中带反馈编码器控制的电机驱动系统的指令与实际转速的线性示意图；
[0045]图5是本专利技术实施例1中电压开环控制方式的电机驱动系统的指令与实际转速的线性示意图；
[0046]图6是本专利技术实施例1中本无反馈有刷电机速度闭环控制方法控制的电机驱动系统的指令与实际转速的线性示意图；
[0047]图7是本专利技术实施例2中一种无反馈有刷电机速度闭环控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0048]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
[0049]实施例1：
[0050]一种无反馈有刷电机速度闭环控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0051]S1、计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无反馈有刷电机速度闭环控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、计算电机反电动势：根据公式计算电机反电动势E＝U
‑
Ir，其中r为电机的定子内阻，I为额定电压空载运行状态下的实际相电流，U为电机额定电压；S2、计算反电动势常数：测量计算出电机的反电动势常数Ke；S3、估算电机转速：通过电机电流和电机两端实际电压，根据公式估算电机实际转速V2＝(U
‑
Ir)/Ke；S4、闭环控制：获取电机实际转速V2后，对电机转速和电流进行闭环控制。2.根据权利要求1所述的无反馈有刷电机速度闭环控制方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括以下步骤：使用万用表测量电机的定子内阻r，得到电机的定子内阻r的具体数值。3.根据权利要求1所述的无反馈有刷电机速度闭环控制方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括以下步骤：电机在额定电压空载运行状态下，通过电流传感器获取的实际电流I，得到I的具体数值。4.根据权利要求1所述的无反馈有刷电机速度闭环控制方法，其特征在于，在步骤S2中，还包括以下步骤：根据感应电动势的计算公式E＝BLV，其中B和L为常数，设反电动势常数Ke＝BL，得到Ke＝E/V。5.根据权利要求4所述的无反馈有刷电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔凡峰，周涛，
申请(专利权)人：西安前拓电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：