一种改进型抗饱和结构的伺服速度控制方法技术

本发明专利技术涉及一种改进型抗饱和结构的伺服速度控制方法，包括：将速度控制信号与被控对象的速度反馈信号之间的偏差值输入PI控制器的比例环节和积分环节；将所述比例环节前后端的差值作为第一反馈信号；将PI控制器的输出进行饱和限制，将饱和限制环节前后端的差值作为第二反馈信号；将第一反馈信号和第二反馈信号补偿到积分环节的前端；将饱和限制环节的输出信号作为被控对象的速度控制信号。本发明专利技术在Anti－reset Windup的基础上针对其补偿精度低的问题，对抗饱和结构进行改进，加入了对非积分项的补偿，在保证了原算法结构简单的优点的同时，提高对积分项的补偿精度，提升了系统鲁棒性。鲁棒性。鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种改进型抗饱和结构的伺服速度控制方法


[0001]本专利技术涉及电机自动控制
，具体涉及一种改进型抗饱和结构的伺服速度控制方法。

技术介绍

[0002]在伺服驱动系统的实际控制过程中，为了避免输出电流过大烧毁电机，控制器输出的指令电流需要受到电机参数如最大指令电流的限制。速度控制器的输出饱和使系统输出的电磁转矩受限，导致系统在受到外部扰动后的实际输出转矩与期望输出转矩不相等，使系统的响应时间变长，系统鲁棒性降低。特别是在控制结构存在积分环节时，由于积分不能突变导致无法快速退饱和，该现象被称为Windup(饱和)现象。
[0003]因此在设计抗扰的速度控制器时，需要考虑Windup现象，避免由于输出饱和导致的系统鲁棒性降低。目前常规使用的Anti－reset Windup(抗积分饱和)方法是将饱和限制前后的差值作为反馈补偿到积分环节中，补偿结构简单，基于PI控制器的Anti－reset Windup结构如图1所示。但由于饱和限制前后的差值实际包括了比例环节和积分环节两部分，而比例环节不存在无法快速退饱和的问题，因此补偿精度低。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种改进型抗饱和结构的伺服速度控制方法，在Anti－reset Windup的基础上针对其补偿精度低的问题，对抗饱和结构进行改进，加入了对非积分项的补偿，在保证了原算法结构简单的优点的同时，提高对积分项的补偿精度。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006]一种改进型抗饱和结构的伺服速度控制方法，包括：
[0007]将速度控制信号与被控对象的速度反馈信号之间的偏差值输入PI控制器的比例环节和积分环节；
[0008]将所述比例环节前后端的差值作为第一反馈信号；将PI控制器的输出进行饱和限制，将饱和限制环节前后端的差值作为第二反馈信号；将第一反馈信号和第二反馈信号补偿到积分环节的前端；
[0009]将饱和限制环节的输出信号作为被控对象的速度控制信号。
[0010]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0011]进一步，该方法还包括：
[0012]采用差分运算的方式计算速度控制信号与被控对象的速度反馈信号之间的偏差值。
[0013]进一步，所述将所述比例环节前后端的差值作为第一反馈信号；将PI 控制器的输出进行饱和限制，将饱和限制环节前后端的差值作为第二反馈信号；将第一反馈信号和第二反馈信号补偿到积分环节的前端；包括：
[0014]将比例环节前端的输入信号与比例环节后端的输出信号进行差分运算，得到的差值作为第一反馈信号；
[0015]将PI控制器的输出信号与饱和限制环节的输出信号进行差分运算，得到的差值作为第二反馈信号；
[0016]将第一反馈信号与第二反馈信号进行差分运算，得到的差值补偿到积分环节的输入端。
[0017]进一步，当系统输出饱和时，饱和限制环节的输入信号与输出信号满足以下关系：
[0018][0019]其中，i
qout＊
为饱和限制环节的输出信号，i
q＊
为PI控制器的输出信号，i
lim+
和i
lim－
分别为被控对象允许的指令电流范围两端的临界值，i
lim+
与i
lim－
大小相同、方向相反；
[0020]PI控制器和饱和限制环节满足以下关系：
[0021][0022]其中，k
p
为PI控制器的比例系数，e
ω
为速度控制信号与被控对象的速度反馈信号之间的偏差值，k
i
为PI控制器的积分系数，C
com
为对PI控制器积分环节的补偿值，k
anti
为抗饱和补偿系数，U
p
为PI控制器比例环节输出的指令电流限幅值，U
i
为饱和限制环节输出的指令电流限幅值。
[0023]进一步，饱和限制环节输出的指令电流限幅值U
i
满足：
[0024]i
lim－
≤Ui≤i
lim+
。
[0025]进一步，当系统输出未饱和时，饱和限制环节的输入信号与输出信号满足以下关系：
[0026][0027]其中，i
qout＊
为饱和限制环节的输出信号，i
q＊
为PI控制器的输出信号，i
lim+
和i
lim－
分别为被控对象允许的指令电流范围两端的临界值，i
lim+
与i
lim－
大小相同、方向相反；
[0028]PI控制器和饱和限制环节满足以下关系：
[0029][0030]其中，k
p
为PI控制器的比例系数，e
ω
为速度控制信号与被控对象的速度反馈信号之间的偏差值，k
i
为PI控制器的积分系数。
[0031]本专利技术的有益效果是：采用本专利技术提供的改进型抗饱和结构的伺服速度控制方
法，在现有的Anti－reset Windup的基础上针对其补偿精度低的问题，对抗饱和结构进行改进，加入了对非积分项的补偿，在保证了原算法结构简单的优点的同时，提高对积分项的补偿精度。本专利技术的控制方法在速度控制器未达到饱和时，抗饱和算法不产生作用，此时系统稳定性由速度控制器和电流控制器决定。当控制器达到饱和后，控制器输出为定值，此时的系统稳定性也只由电流环(电流控制器)决定，提升了控制器达到饱和时的系统鲁棒性。
附图说明
[0032]图1为现有Anti－reset Windup结构的伺服速度控制原理图；
[0033]图2为本专利技术改进型抗饱和结构的伺服速度控制原理图；
[0034]图3为有无抗饱和环节的转速、转速误差、指令电流与反馈电流曲线对比曲线仿真图。
具体实施方式
[0035]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0036]请参阅图2，其为本实施例提供的改进型抗饱和结构的伺服速度控制原理图。如图2所示，虚线框出部分展示了本实施例的改进型抗饱和结构与现有技术之间的差异，可与图1中虚线框出的抗饱和结构进行对比，以便于对本实施例技术方案更深刻地理解。
[0037]本实施例的被控对象为电机，被控的电机对应图2中的如图2 所示为完整的控制系统原理图，图2中k
p
指示的是PI控制器的比例环节， k
i
指示的是PI控制器的积分环节，虚线框中的内容为改进的抗饱和结构， PI控制器加上该抗饱和结构即为本实施例后文提及的速度控制器；k
t
指示的是电机控制系统中的电流环(电流控制器)；电机前端输入的d指代的是外部扰动。电机的速度检测信号反馈到速度控制器的前端，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进型抗饱和结构的伺服速度控制方法，其特征在于，包括：将速度控制信号与被控对象的速度反馈信号之间的偏差值输入PI控制器的比例环节和积分环节；将所述比例环节前后端的差值作为第一反馈信号；将PI控制器的输出进行饱和限制，将饱和限制环节前后端的差值作为第二反馈信号；将第一反馈信号和第二反馈信号补偿到积分环节的前端；将饱和限制环节的输出信号作为被控对象的速度控制信号。2.根据权利要求1所述一种改进型抗饱和结构的伺服速度控制方法，其特征在于，还包括：采用差分运算的方式计算速度控制信号与被控对象的速度反馈信号之间的偏差值。3.根据权利要求1或2所述一种改进型抗饱和结构的伺服速度控制方法，其特征在于，所述将所述比例环节前后端的差值作为第一反馈信号；将PI控制器的输出进行饱和限制，将饱和限制环节前后端的差值作为第二反馈信号；将第一反馈信号和第二反馈信号补偿到积分环节的前端；包括：将比例环节前端的输入信号与比例环节后端的输出信号进行差分运算，得到的差值作为第一反馈信号；将PI控制器的输出信号与饱和限制环节的输出信号进行差分运算，得到的差值作为第二反馈信号；将第一反馈信号与第二反馈信号进行差分运算，得到的差值补偿到积分环节的输入端。4.根据权利要求3所述一种改进型抗饱和结构的伺服速度控制方法，其特征在于，当系统输出饱和时，饱和限制环节的输入信号与输出信号满足以下关系：其中，i
qout＊
为饱和限制环节的输出信号，i
q＊
为PI控制器的输出信号，i
lim+
和i
lim－
分别为被控对象允许的指令电流范围两端的临界值，i
lim+
与i
lim－
大小...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宝，张泽之，余文韬，周向东，唐小琦，钟靖龙，赵琨，高天赐，刘楷文，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：