永磁同步電機速度控制的PID參數自動調節方法與流程
2023-04-23 07:53:06
本發明屬於永磁同步電機速度控制
技術領域：
，涉及一種永磁同步電機速度控制的PID參數自動調節方法。
背景技術：
：永磁同步電機的矢量控制是一種經典的電機控制方法，其中最重要的一步是根據目標轉速和反饋轉速經過比例(P)、積分(I)、微分(D)控制環節來給出參考q軸電流。傳統的控制方法中PID係數Kp，Ki，Kd往往根據試驗和工程師的經驗給定，而且一經給定就為常數，不再改變。這樣帶來的問題是，一旦電機的參數有變化，控制策略就有可能無法滿足要求，三項參數需重新確定，費時費力。技術實現要素：(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是：提供一種根據目標轉速和反饋轉速自動確定PID參數的方法，可以提高轉速控制環節的自適應性，節省參數調節所需時間成本及人力物力。(二)技術方案為了解決上述技術問題，本發明提供一種永磁同步電機速度控制的PID參數自動調節系統，其包括：輸入參數轉換模塊、自適應PID控制器、q軸電流計算模塊和SVPWM電機；輸入參數轉換模塊接收控制器輸出的給定目標轉速和設置在電機上的速度傳感器返回的反饋轉速作為輸入，整理出自適應PID控制器的三項輸入，分別為當前時刻目標轉速、目標轉速與反饋轉速差值和差值的變化率；自適應PID控制器根據三項輸入解算出q軸電流的控制輸出，計算得到參考q軸電流，進一步運用矢量控制方法控制電機按照給定轉速旋轉。本發明還提供了一種永磁同步電機速度控制的PID參數自動調節方法，其包括以下步驟：S1：控制器給出目標轉速ωr(k)，使用速度傳感器測得反饋轉速ωy(k)，其中k是當前採樣時刻；S2：計算自適應PID控制器輸入I1(k)、I2(k)、I3(k)，I1(k)—當前時刻目標轉速；I2(k)—當前時刻目標轉速與反饋轉速差值；I3(k)—當前時刻差值的變化率；S3：計算I1(k)對應的比例係數Kp(k)，I2(k)對應的積分係數Ki(k)，I3(k)對應的微分係數Kd(k)；S4：自適應PID控制器給出控制輸出o(k)；S5：計算輸出的q軸電流參考值Iq(k)；S6：根據步驟S5獲得的q軸電流參考值Iq(k)，與電流傳感器採集反饋的電流值進行比較，確定電機控制器的控制策略，從而驅動電機按照給定的轉速旋轉。其中，所述步驟S2中，控制器輸入I1(k)、I2(k)、I3(k)的計算公式為：I1(k)=ωr(k)I2(k)=ωr(k)-ωy(k)I3(k)=(ωr(k)-ωy(k))-(ωr(k-1)-ωy(k-1)).]]>其中，所述步驟S3中，係數Kp(k)、Ki(k)、Kd(k)及計算公式為：Kp(k)=a1(k)Σi=13|ai(k)|Ki(k)=a2(k)Σi=13|ai(k)|Kd(k)=a3(k)Σi=13|ai(k)|]]>其中a1(k)、a2(k)、a3(k)為權值，互不相等；a1(k)、a2(k)、a3(k)的初始值為預設的[-1,1]之間的數值，其更新過程為：S31：權值更新，計算下一採樣周期的權值a1(k+1)、a2(k+1)、a3(k+1)：a1(k+1)=a1(k)+η1(ωr(k)-ωy(k))ωr(k)a2(k+1)=a2(k)+η2(ωr(k)-ωy(k))2a3(k+1)=a2(k)+η3(ωr(k)-ωy(k))(ωr(k)-ωy(k))-(ωr(k-1)-ωy(k-1))]]>其中η1，η2，η3為學習速率，為[0,1]之間的常數。其中，所述步驟S4中，控制輸出o(k)為；o(k)＝Kp(k)·I1(k)+Ki(k)·I2(k)+Kd(k)·I3(k)。其中，所述步驟S5中，q軸電流參考值Iq(k)為：Iq(k+1)＝(1-x)·Iq(k)+x·o(k)其中，Iq(k)的初始值取0，x為(0，0.1]之間的數值。(三)有益效果上述技術方案所提供的永磁同步電機速度控制的PID參數自動調節方法，具有自適應性，可以根據輸入目標轉速和反饋轉速自動調整PID參數，負載或電機參數發生變化，不需人為進行調節，節省人力物力和時間成本；同時具有算法簡單，數據量小，易於工程實現的優點。附圖說明圖1為本發明實施例的控制原理框圖；圖2位本發明實施例方法的流程圖。具體實施方式為使本發明的目的、內容、和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。參照圖1所示，本實施例提供一種永磁同步電機速度控制的PID參數自動調節系統，包括輸入參數轉換模塊、自適應PID控制器、q軸電流計算模塊和SVPWM電機；輸入參數轉換模塊接收控制器輸出的給定目標轉速和設置在電機上的速度傳感器返回的反饋轉速作為輸入，整理出自適應PID控制器的三項輸入，分別為當前時刻目標轉速、目標轉速與反饋轉速差值和差值的變化率；自適應PID控制器根據三項輸入解算出q軸電流的控制輸出，從而得到參考q軸電流，進一步運用矢量控制方法(SVPWM)控制電機按照給定轉速旋轉。參照圖2所示，本實施例永磁同步電機速度控制的PID參數自動調節方法包括以下步驟：S1：控制器給出目標轉速ωr(k)，使用速度傳感器測得反饋轉速ωy(k)，其中k是當前採樣時刻。S2：計算自適應PID控制器輸入I1(k)、I2(k)、I3(k)。I1(k)=ωr(k)I2(k)=ωr(k)-ωy(k)I3(k)=(ωr(k)-ωy(k))-(ωr(k-1)-ωy(k-1))]]>其中，I1(k)—當前時刻目標轉速；I2(k)—當前時刻目標轉速與反饋轉速差值；I3(k)—當前時刻差值的變化率。S3：計算I1(k)對應的比例係數Kp(k)，I2(k)對應的積分係數Ki(k)，I3(k)對應的微分係數Kd(k)。Kp(k)=a1(k)Σi=13|ai(k)|Ki(k)=a2(k)Σi=13|ai(k)|Kd(k)=a3(k)Σi=13|ai(k)|]]>其中a1(k)、a2(k)、a3(k)為權值，互不相等；a1(k)、a2(k)、a3(k)的初始值為預設的[-1,1]之間的數值，其更新過程為：S31：權值更新，計算下一採樣周期的權值a1(k+1)、a2(k+1)、a3(k+1)：a1(k+1)=a1(k)+η1(ωr(k)-ωy(k))ωr(k)a2(k+1)=a2(k)+η2(ωr(k)-ωy(k))2a3(k+1)=a2(k)+η3(ωr(k)-ωy(k))(ωr(k)-ωy(k))-(ωr(k-1)-ωy(k-1))]]>其中η1，η2，η3為學習速率，為[0,1]之間的常數。S4：自適應PID控制器給出控制輸出o(k)。o(k)＝Kp(k)·I1(k)+Ki(k)·I2(k)+Kd(k)·I3(k)S5：計算輸出的q軸電流參考值Iq(k)：Iq(k+1)＝(1-x)·Iq(k)+x·o(k)。其中，Iq(k)的初始值取0，x為(0，0.1]之間的數值。S6：根據步驟S5獲得的q軸電流參考值Iq(k)，與電流傳感器採集反饋的電流值進行比較，確定電機控制器的控制策略，從而驅動電機按照給定的轉速旋轉。至此一個採樣周期的數據處理過程結束，下一個周期根據第6步計算得到的更新後的權值，以及速度採樣值，重複1-6步過程，給出更新的q軸參考電流。可以看出，在這種方法中，不需要人為給出PID參數，其值可以根據輸出轉速自動調節，具有很強的自適應性。由以上技術方案可以看出，本發明方法具有自適應性，可以根據輸入目標轉速和反饋轉速自動調整PID參數，負載或電機參數發生變化，不需人為進行調節，節省人力物力和時間成本；同時具有算法簡單，數據量小，易於工程實現的優點。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。當前第1頁1 2 3