一种控制角度的电机的控制方法与控制系统技术方案

一种控制角度的电机的控制方法与控制系统。本发明专利技术采用转速前馈式三闭环伺服电机控制方法，其中三闭环的控制方法和控制周期设置能够保证流量调节伺服机组角度控制的精度和稳定性，从而保证流量变化的稳定；带转速前馈的闭环控制，能够加快伺服电机的响应速度，满足系统实时、高响应性。进一步的方案中，分段PID控制方法首先保证了流量调节系统无超调的指标要求，并在保证无超调的基础上，进一步加快了电机响应速度。了电机响应速度。了电机响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种控制角度的电机的控制方法与控制系统


[0001]本专利技术涉及火箭动力系统内部伺服电机的控制方法，具体涉及液体火箭发动机流量调节系统伺服电机的控制方法与系统。

技术介绍

[0002]现有伺服控制角度的驱动器(即连接有减速器的伺服电机)是通过控制速度来实现，存在动态响应差、超调、稳态段有偏差且偏差较大等问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷与不足，本专利技术一方面提供了一种控制角度的电机的控制方法。
[0004]为此，本专利技术所提供的控制方法包括：所述方法采用角度PID控制环、转速PID控制环和电流PID控制环实现，方法包括：
[0005]实时采集电机减速器角度，将减速器当前角度与当前设定角度做差后，所得当前角度差值作为角度PID控制环的输入，角度PID控制环利用角度差值计算转速；角度PID控制环周期性输出转速计算结果；
[0006]实时采集电机转速，将电机当前转速与当前转速计算结果做差，所得当前转速差值作为转速PID控制环的输入，转速PID控制环利用转速差值计算电流；转速PID控制环周期性输出电流计算结果；
[0007]实时采集电机电流，将电机当前电流与当前电流计算结果做差，所得当前电流差值作为电流PID控制环的输入，电流PID控制环利用电流差值计算占空比；电流PID控制环周期性输出占空比计算结果作为伺服电机控制信号；
[0008]所述电流PID控制环的控制算法为：
[0009][0010]其中：
[0011]k表示当前时刻所在的电流PID控制环的第k个输出周期，k取自然数；
[0012]u(k)表示电流PID控制环的第k个输出周期的输出值；
[0013]e(k)为计算u(k)用的电流差值；
[0014]e(k
‑
1)为计算u(k
‑
1)用的电流差值，e(k
‑
1)初始为0；
[0015]j＝0,1,2，
…
，k；
[0016]q表示当前时刻所在的角度PID控制环的第q个输出周期，q取自然数；
[0017]possv(q)表示角度PID控制环的第q个输出周期输出值计算时所用的设定角度，初始时，possv(q
‑
1)取0；
[0018]K
b
表示前馈项系数，70≤K
b
≤150；
[0019]K
p
表示电流PID控制环的当前比例系数；
[0020]K
i
表示电流PID控制环的当前积分系数；
[0021]K
d
表示电流PID控制环的当前微分系数。
[0022]可选的，所述角度PID控制环的输出周期为5～10ms；转速PID控制环的输出周期为1～5ms；电流PID控制环的输出周期为0.05～0.1ms。
[0023]进一步，本专利技术的方法还包括：
[0024]根据当前角度差值与第一阈值的大小选择角度PID控制环的参数后计算转速，所述根据当前角度差值与第一阈值的大小选择角度PID控制环的参数包括：
[0025]当前角度差值大于等于第一阈值时角度PID控制环K
p
的取值大于当前角度差值小于第一阈值时角度PID控制环K
p
的取值，
[0026]当前角度差值大于等于第一阈值时角度PID控制环K
i
的取值小于当前角度差小于第一阈值时角度PID控制环K
i
的取值，
[0027]且，角度PID控制环的K
p
的取值范围为[10,50]、角度PID控制环K
i
的取值范围为[0,1]、角度PID控制环K
d
的取值范围为[0,0.1]；
[0028]根据当前转速差值与第二阈值的大小关系选择转速PID控制环的参数后计算电流，所述根据当前转速差值与第二阈值的大小关系选择转速PID控制环的参数包括：
[0029]当前转速差值大于等于第二阈值时转速PID控制环K
p
的取值大于当前转速差值小于第二阈值时转速PID控制环K
p
的取值，
[0030]当前转速差值大于等于第二阈值时转速PID控制环K
i
的取值大于当前转速差值小于第二阈值时转速PID控制环K
i
的取值，
[0031]且，转速PID控制环的K
p
的取值范围为[0.5,10]、转速PID控制环K
i
的取值范围为[0,1]、转速PID控制环K
d
的取值范围为[0,0.1]；
[0032]根据当前电流差值与第三阈值的大小关系选择电流PID控制环的参数后计算占空比，所述根据当前电流差值与第三阈值的大小关系选择电流PID控制环的参数包括：
[0033]当前电流差值大于等于第三阈值时电流PID控制环K
p
的取值大于当前电流差值小于第三阈值时电流PID控制环K
p
的取值；
[0034]当前电流差值大于等于第三阈值时电流PID控制环K
i
的取值小于当前电流差值小于第三阈值时电流PID控制环K
i
的取值，
[0035]且，电流PID控制环的K
p
的取值范围为[0,1]、电流PID控制环K
i
的取值范围为[0,1]、电流PID控制环K
d
的取值范围为[0,0.1]。
[0036]进一步，对所述当前角度、当前设定角度分别归一化后求取归一化值的差值作为当前角度差值；对所述当前转速计算结果与采集到的电机当前转速分别归一化后求取归一化值的差值作为当前转速差值；对所述当前电流计算结果与采集到的电机当前电流分别归一化后求取归一化值的差值作为当前电流差值。
[0037]本专利技术同时还提供了实现上述方法的控制系统。所述控制系统包括数据采集模块、角度PID控制环、转速PID控制环和电流PID控制环，所述数据采集模块用于实施采集减速器的角度、电机转速和电机电流，并分别输入给角度PID控制环、转速PID控制环和电流PID控制环，角度PID控制环、转速PID控制环和电流PID控制环各自执行上述方法。
[0038]进一步，所述控制系统还包括分段PID控制模块，用于执行权利要求3所述方法，并
控制调整角度PID控制环、转速PID控制环和电流PID控制环的相应参数。
[0039]与现有技术相比，本专利技术采用转速前馈式三闭环伺服电机控制方法，其中三闭环的控制方法和控制周期设置能够保证流量调节伺服机组角度控制的精度和稳定性，从而保证流量变化的稳定；带转速前馈的闭环控制，能够加快伺服电机的响应速度，满足系统实时、高响应性。进一步的方案中，分段PID控制方法首先保证了流量调节系统无超调的指标要求，并在保证无超调的基础上，进一步加快了电机响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制角度的电机的控制方法，其特征在于，所述方法采用角度PID控制环、转速PID控制环和电流PID控制环实现，方法包括：实时采集电机减速器角度，将减速器当前角度与当前设定角度做差后，所得当前角度差值作为角度PID控制环的输入，角度PID控制环利用角度差值计算转速；角度PID控制环周期性输出转速计算结果；实时采集电机转速，将电机当前转速与当前转速计算结果做差，所得当前转速差值作为转速PID控制环的输入，转速PID控制环利用转速差值计算电流；转速PID控制环周期性输出电流计算结果；实时采集电机电流，将电机当前电流与当前电流计算结果做差，所得当前电流差值作为电流PID控制环的输入，电流PID控制环利用电流差值计算占空比；电流PID控制环周期性输出占空比计算结果作为伺服电机控制信号；所述电流PID控制环的控制算法为：其中：k表示当前时刻所在的电流PID控制环的第k个输出周期，k取自然数；u(k)表示电流PID控制环的第k个输出周期的输出值；e(k)为计算u(k)用的电流差值；e(k
‑
1)为计算u(k
‑
1)用的电流差值，e(k
‑
1)初始为0；j＝0,1,2，
…
，k；q表示当前时刻所在的角度PID控制环的第q个输出周期，q取自然数；possv(q)表示角度PID控制环的第q个输出周期输出值计算时所用的设定角度，初始时，possv(q
‑
1)取0；K
b
表示前馈项系数，70≤K
b
≤150；K
p
表示电流PID控制环的当前比例系数；K
i
表示电流PID控制环的当前积分系数；K
d
表示电流PID控制环的当前微分系数。2.如权利要求1所述的控制角度的电机的控制方法，其特征在于，所述角度PID控制环的输出周期为5～10ms；转速PID控制环的输出周期为1～5ms；电流PID控制环的输出周期为0.05～0.1ms。3.如权利要求1所述的控制角度的电机的控制方法，其特征在于，方法还包括：根据当前角度差值与第一阈值的大小选择角度PID控制环的参数后计算转速，所述根据当前角度差值与第一阈值的大小选择角度PID控制环的参数包括：当前角度差值大于等于第一阈值时角度PID控制环K
p
的取值大于当前角度差值小于第一阈值时角度PID控制环K
p
的取值，当前角度差值大于等于第一阈值时角度PID控制环K
i
的取值小于当前角度差小于第一阈值时角度PID控制环K
i
的取值，且，角度PID控制环的K
p
的取值范围为[10,50]、角度PID控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：于洋，魏京芳，徐中节，董国创，孙海智，苏婷，钟恒，
申请(专利权)人：西安航天远征流体控制股份有限公司，
类型：发明
国别省市：