專利名稱：一種直流電機速度pid控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電機速度控制系統(tǒng)，尤其涉及一種直流電機速度PID控制系統(tǒng)及其 控制方法，屬于直流電機控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
直流電機速度必須采用閉環(huán)控制才能獲得優(yōu)良的速度控制性能，直流電機速度閉環(huán)控制 系統(tǒng)包括控制器和被控對象。直流電機速度控制系統(tǒng)如何根據(jù)不同的被控對象，PID (比例積 分微分)控制器參數(shù)有的放矢調(diào)整，則是現(xiàn)有技術(shù)有待解決的問題。目前，公知的現(xiàn)有技術(shù) 中，PID控制器其比例控制參數(shù)、積分控制參數(shù)和微分控制參數(shù)都是直接采用試湊法或經(jīng)驗 法進行調(diào)整，而不是根據(jù)被控對象參數(shù)進行調(diào)整，控制器參數(shù)的調(diào)整比較盲目，直流電機速 度控制系統(tǒng)的調(diào)試費時費力，角位移控制性能難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決在直流電機速度閉環(huán)控制采用PID控制器時，PID控制器參數(shù)根據(jù)被控 制對象參數(shù)進行調(diào)整的問題而提出一種直流電機速度PID控制系統(tǒng)及其控制方法。
一種直流電機速度PID控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括控制器、功率驅(qū)動單元、被控對象和速 度檢測傳感器，其中控制器包括比較器、比例器、積分器和加法器；被控對象包括直流電 機和機械負載；比較器接收速度指令信號，比較器的輸出端接比例器和積分器的輸入端，比 例器和積分器的輸出端接加法器的輸入端，加法器的輸出端接功率驅(qū)動單元的輸入端，功率 驅(qū)動單元的輸出端接直流電機的輸入端，直流電機的輸出端接機械負載的輸入端，機械負載 一路輸出速度輸出信號，另一路輸出信號到速度檢測傳感器的輸入端，速度檢測傳感器的輸 出端接比較器的輸入端。
一種基于上述直流電機速度PID控制系統(tǒng)的控制方法，主要包括如下步驟 (1)識別被控對象的等效阻尼參數(shù)《和等效慣量參數(shù)^，包括如下步驟
a. 將幅值為M的階躍信號輸入到功率驅(qū)動單元，驅(qū)動被控對象運轉(zhuǎn)，由速度檢測傳感器測 量被控對象的速度輸出信號，并記錄階躍信號和速度輸出信號隨時間變化的過程；
b. 建立速度信號與時間關(guān)系的坐標系，讀出速度輸出信號曲線的穩(wěn)態(tài)幅值C，將階躍信號的幅值M除以速度輸出信號的穩(wěn)態(tài)幅值c,得到被控対象等效阻尼參數(shù)a:;
c. 在速度輸出信號曲線的穩(wěn)態(tài)幅值C的0. 632倍處讀取相應(yīng)的時間值r;
d. 將被控對象的等效阻尼參數(shù)x乘以時間值r，得到被控對象的等效慣量參數(shù)^;
其中階躍信號是控制器中的加法器的輸出信號； (2)調(diào)整控制器的比例控制參數(shù)/^和積分控制參數(shù)i^,包括如下步驟
a. 根據(jù)所選設(shè)備確定所選功率驅(qū)動單元能夠輸出的最大功率尸，；
b. 根據(jù)實際需要設(shè)定在線性范圍內(nèi)最大速度值 ,；
C.調(diào)整控制器的比例控制參數(shù)a^-^;
/
d.調(diào)整控制器的積分控制參數(shù)A-^^。
4x j
本發(fā)明是一種直流電機速度PID控制系統(tǒng)及其控制方法，系統(tǒng)在調(diào)試時，PID控制器參 數(shù)是根據(jù)被控制對象參數(shù)進行調(diào)整的，PID控制器參數(shù)可以有的放矢進行調(diào)整，做到心中有 數(shù)，遏制了 PID控制器參數(shù)調(diào)整的盲目性，節(jié)省了時間和精力，并能取得最佳的速度控制效果。


圖1是本發(fā)明直流電機速度PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。 圖2是本發(fā)明速度輸出信號坐標圖。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種直流電機速度PID控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括控制器110、功率驅(qū)動單
元120、被控對象130和速度檢測傳感器140，其中控制器IIO包括比較器111、比例器112、 積分器113和加法器114;被控對象130包括直流電機131和機械負載132;比較器lll接收 速度指令信號，比較器111的輸出端接比例器112和積分器113的輸入端，比例器112和積 分器113的輸出端接加法器114的輸入端，加法器114的輸出端接功率驅(qū)動單元120的輸入 端，功率驅(qū)動單元120的輸出端接直流電機131的輸入端，直流電機131的輸出端接機械負 載132的輸入端，機械負載132—路輸出速度輸出信號，另一路輸出信號到速度檢測傳感器 140的輸入端，速度檢測傳感器140的輸出端接比較器111的輸入端。
4結(jié)合圖1和圖2敘述該直流電機速度PID控制系統(tǒng)的控制方法，主要包括如下步驟
(1) 識別被控對象的等效阻尼參數(shù)/:和等效慣量參數(shù)j，包括如下步驟
a. 將幅值為M的階躍信號輸入到功率驅(qū)動單元120，驅(qū)動被控對象130運轉(zhuǎn)，由速度檢測傳 感器140測量被控對象130的速度輸出信號，并記錄階躍信號和速度輸出信號隨時間變化的 過程；
b. 建立速度信號與時間關(guān)系的坐標系，讀出速度輸出信號曲線的穩(wěn)態(tài)幅值C，將階躍信號的 幅值M除以速度輸出信號的穩(wěn)態(tài)幅值C ，得到被控對象等效阻尼參數(shù)/:;
c. 在速度輸出信號曲線的穩(wěn)態(tài)幅值C的0. 632倍處讀取相應(yīng)的時間值r ;
d. 將被控對象的等效阻尼參數(shù)《乘以時間值r，得到被控對象的等效慣量參數(shù)」；
其中階躍信號是控制器110中的加法器114的輸出信號；
(2) 調(diào)整控制器的比例控制參數(shù)^^和積分控制參數(shù)/^，包括如下步驟
a. 根據(jù)所選設(shè)備確定所選功率驅(qū)動單元120能夠輸出的最大功率4^ ;
b. 根據(jù)實際需要設(shè)定在線性范圍內(nèi)最大速度值^,; .
c. 調(diào)整控制器的比例控制參數(shù)《^=^;
/
d. 調(diào)整控制器的積分控制參數(shù)&=^^。
4x爿
系統(tǒng)的工作流程為比較器111將輸入速度指令信號和從速度檢測傳感器140送來的速 度反饋信號進行比較，產(chǎn)生速度誤差信號；比例器112對速度誤差信號乘以比例控制參數(shù)； 積分器113對速度誤差信號進行積分并乘以積分控制參數(shù)；加法器114對比例器112和積分 器113輸出信號相加產(chǎn)生階躍信號送到功率驅(qū)動單元120;功率驅(qū)動單元120根據(jù)控制器110 輸出的控制信號，對直流電機131適時提供適當?shù)哪芰浚?qū)動被控對象130以一定的速度運 行；被控對象130控制系統(tǒng)所要控制的對象并輸出速度輸出信號和速度檢測傳感器140的接 收信號；速度檢測單元140檢測被控對象130的運行速度，作為速度反饋信號發(fā)送到比較器 111。
權(quán)利要求
1、一種直流電機速度PID控制系統(tǒng)，其特征在于包括控制器(110)、功率驅(qū)動單元(120)、被控對象(130)和速度檢測傳感器(140)，其中控制器(110)包括比較器(111)、比例器(112)、積分器(113)和加法器(114)；被控對象(130)包括直流電機(131)和機械負載(132)；比較器(111)接收速度指令信號，比較器(111)的輸出端接比例器(112)和積分器(113)的輸入端，比例器(112)和積分器(113)的輸出端接加法器(114)的輸入端，加法器(114)的輸出端接功率驅(qū)動單元(120)的輸入端，功率驅(qū)動單元(120)的輸出端接直流電機(131)的輸入端，直流電機(131)的輸出端接機械負載(132)的輸入端，機械負載(132)一路輸出速度輸出信號，另一路輸出信號到速度檢測傳感器(140)的輸入端，速度檢測傳感器(140)的輸出端接比較器(111)的輸入端。
2、 一種基于權(quán)利要求1所述的直流電機速度PID控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括 如下步驟(1) 識別被控對象的等效阻尼參數(shù)K和等效慣量參數(shù)v4,包括如下步驟a. 將幅值為M的階躍信號輸入到功率驅(qū)動單元(120)，驅(qū)動被控對象(130)運轉(zhuǎn)，由 速度檢測傳感器(140)測量被控對象(130)的速度輸出信號，并記錄階躍信號和速度輸出 信號隨時間變化的過程；b. 建立速度信號與時間關(guān)系的坐標系，讀出速度輸出信號曲線的穩(wěn)態(tài)幅值C，將階躍信 號的幅值M除以速度輸出信號的穩(wěn)態(tài)幅值C，得到被控對象等效阻尼參數(shù)/:;c. 在速度輸出信號曲線的穩(wěn)態(tài)幅值C的0. 632倍處讀取相應(yīng)的時間值r ;d. 將被控對象的等效阻尼參數(shù)x乘以時間值r，得到被控對象的等效慣量參數(shù)^; 其中階躍信號是控制器(110)中的加法器(114)的輸出信號；(2) 調(diào)整控制器的比例控制參數(shù)/^和積分控制參數(shù)i^，包括如下步驟a. 根據(jù)所選設(shè)備確定所選功率驅(qū)動單元(120)能夠輸出的最大功率Pm^;b. 根據(jù)實際需要設(shè)定在線性范圍內(nèi)最大速度值 ,；c. 調(diào)整控制器的比例控制參數(shù)/^-^L; /d. 調(diào)整控制器的積分控制參數(shù)^-%^。4x爿
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流電機速度PID控制系統(tǒng)及其控制方法，屬直流電機控制領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)包括控制器、功率驅(qū)動單元、被控對象和速度檢測傳感器，其中控制器包括比較器、比例器、積分器和加法器，被控對象包括直流電機和機械負載；該控制系統(tǒng)的控制方法包括識別被控對象的等效阻尼參數(shù)K和等效慣量參數(shù)A及調(diào)整控制器的比例控制參數(shù)K_P和積分控制參數(shù)K_I。本發(fā)明控制系統(tǒng)在調(diào)試時，控制器參數(shù)可以有的放矢進行調(diào)整，遏制了PID控制器參數(shù)調(diào)整的盲目性，節(jié)省時間和精力，并能取得最佳的速度控制效果。
文檔編號H02P6/08GK101499755SQ20081019526
公開日2009年8月5日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者曾文火, 福 邵 申請人:江蘇科技大學(xué)