專利名稱：直流電機速度pid控制的參數(shù)調節(jié)系統(tǒng)及調節(jié)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種直流電機速度系統(tǒng)和控制方法，特別涉及一種直流電機 速度PID控制的參數(shù)調節(jié)系統(tǒng)及調節(jié)方法。
背景技術：
直流電機速度控制必須采用閉環(huán)控制才能獲得優(yōu)良的速度控制性能。只有 對被控對象進行定性認識才能決定設計什么樣的控制器，只有對被控對象參數(shù) 進行定量識別才能對控制器參數(shù)準確調整。目前，公知的現(xiàn)有技術中的控制器， 如應用廣泛的PID (比例積分微分)控制器，并不是首先確定被控對象參數(shù)， 而是直接采用試湊法或經驗法調整控制器比例控制參數(shù)、積分控制參數(shù)和微分 控制參數(shù)。因此，控制器參數(shù)的調整比較盲目，直流電機速度控制系統(tǒng)的調試 費時費力，速度控制性能難以滿足要求，有些甚至根本無法對速度進行控制。 因此，直流電機速度控制時，如何識別被控對象參數(shù)，則是現(xiàn)有技術有待解決 的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術存在的缺陷提出一種直流電機 速度PID控制的參數(shù)調節(jié)系統(tǒng)及調節(jié)方法。
本發(fā)明直流電機速度PID控制的參數(shù)調節(jié)系統(tǒng)，包括控制器、功率驅動單 元、直流電機及負載、速度檢測傳感器，其中控制器由比較器、比例器、積分 器組成；比較器的輸出端分別與比例器的輸入端、積分器的輸入端連接，比例 器的輸出端、積分器的輸出端與功率驅動單元的輸入端連接，功率驅動單元的 輸出端與直流電機及負載的輸入端連接，直流電機及負載的輸出端與速度檢測 傳感器的輸入端連接，速度檢測傳感器的輸出端與比較器的輸入端連接。
所述的直流電機速度PID控制的參數(shù)調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)方法，包括下列步
驟
1) 采用速度檢測傳感器檢測直流電機及負載得到實際速度信號；
2) 采用比較器接收所述實際速度信號和給定的速度指令信號輸出誤差
信號；
3) 采用比例器接收所述誤差信號，調節(jié)比例器的控制參數(shù)<formula>formula see original document page 4</formula>,<formula>formula see original document page 4</formula>為功率驅動單元的最大輸出功率，<formula>formula see original document page 4</formula>為線性范圍內最大速度值，輸iiH匕例控 制信號；200810195265.6
說明書第2/3頁
4) 采用積分器接收所述誤差信號，調節(jié)積分器的控制參數(shù)
K f)2 ， A為負載等效慣量參數(shù)，K為等效阻尼參數(shù)，輸出積分控制信 4x爿
號；
5) 采用功率驅動單元接收所述比例控制信號、積分控制信號輸出驅動
電流；
6) 采用直流電機及負載接收所述驅動電流帶動負載運行； 其中識別被控制對象的等效阻尼參數(shù)D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動單元，驅動直流電機及負載 運轉，由速度檢測傳感器測量直流電機及負載角位移輸出信號，并記錄階躍輸 入信號和速度信號隨時間變化的過程；
b. 將階躍輸入信號幅值M除以與速度信號穩(wěn)態(tài)幅值C，得到被控對象 等效阻尼參數(shù)K;
c. 測量在速度輸出信號穩(wěn)態(tài)幅值的0. 632倍處的時間軸上坐標值T;
d. 將時間值T和等效阻尼參數(shù)K相乘，得到被控對象等效慣量參數(shù)A。 本發(fā)明在直流電機速度控制設計和調試時不僅可以節(jié)省精力和時間，而
且可獲得良好的靜態(tài)性能和動態(tài)性能。


圖1:本發(fā)明控制系統(tǒng)框圖； 圖2:本發(fā)明輸出階躍信號圖3:本發(fā)明輸出速度信號圖。
具體實施例方式
如圖l所示。本發(fā)明直流電機速度PID控制的參數(shù)調節(jié)系統(tǒng)，包括控制器 1、功率驅動單元2、直流電機及負載3、速度檢測傳感器4，其中控制器l由 比較器111、比例器112、積分器113組成；比較器111的輸出端分別與比例 器112的輸入端、積分器113的輸入端連接，比例器112的輸出端、積分器113 的輸出端與功率驅動單元2的輸入端連接，功率驅動單元2的輸出端與直流電 機及負載3的輸入端連接，直流電機及負載3的輸出端與速度檢測傳感器4的 輸入端連接，速度檢測傳感器4的輸出端與比較器111的輸入端連接。
結合圖1，圖2，圖3敘述本發(fā)明的直流電機速度PID控制的參數(shù)調節(jié)系 統(tǒng)的調節(jié)方法，包括下列步驟
5
1) 采用速度檢測傳感器4檢測直流電機及負載3得到實際速度信號；
2) 采用比較器111接收所述實際速度信號和給定的速度指令信號輸出 誤差信號；
3) 采用比例器112接收所述誤差信號，調節(jié)比例器112的控制參數(shù) ^=^， /^為功率驅動單元2的最大輸出功率，^為線性范圍內最大速度 值，fe比例控制信號；
4) 采用積分器113接收所述誤差信號，調節(jié)積分器113的控制參數(shù)
^j^1， A為負載等效慣量參數(shù)，K為等效阻尼參數(shù)，輸出積分控制信
號；
5) 采用功率驅動單元2接收所述比例控制信號、積分控制信號輸出驅 動電流；
6) 采用直流電機及負載3接收所述驅動電流帶動負載運行； 其中識別被控制對象的等效阻尼參數(shù)D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動單元2，驅動直流電機及負 載3運轉，由速度檢測傳感器4測量直流電機及負載3速度輸出信號，并記錄 階躍輸入信號和速度信號隨時間變化的過程；
b. 將階躍輸入信號幅值M除以與速度信號穩(wěn)態(tài)幅值C，得到被控對象 等效阻尼參數(shù)K;
c. 測量在速度輸出信號穩(wěn)態(tài)幅值的0. 632倍處的時間軸上坐標值T;
d. 將時間值T和等效阻尼參數(shù)K相乘，得到被控對象等效慣量參數(shù)A。 系統(tǒng)工作流程為比較器111將輸入角位移指令信號和從角位移檢測傳感
器4送來的角位移反饋信號進行比較，產生角位移誤差信號；比例器112把角 位移誤差信號乘以比例控制參數(shù)；積分器113對角位移誤差信號進行積分并乘 以積分控制參數(shù)；功率驅動單元2根據(jù)控制器1輸出的控制信號，對直流電機 及負載3適時提供適當?shù)哪芰?，使直流電機及負載3按照角位移指令信號達到 所要求的角位移；直流電機及負載3控制系統(tǒng)所要控制的對象并輸出角位移輸 出信號和角位移檢測傳感器4的接收信號；角位移檢測傳感器4檢測直流電機 及負載3的運行角位移，作為角位移反饋信號發(fā)送到比較器111。
權利要求
1. 一種直流電機速度PID控制的參數(shù)調節(jié)系統(tǒng)，其特征在于該調節(jié)系統(tǒng)包括控制器(1)、功率驅動單元(2)、直流電機及負載(3)、速度檢測傳感器(4)，其中控制器(1)由比較器(111)、比例器(112)、積分器(113)組成；比較器(111)的輸出端分別與比例器(112)的輸入端、積分器(113)的輸入端連接，比例器(112)的輸出端、積分器(113)的輸出端與功率驅動單元(2)的輸入端連接，功率驅動單元(2)的輸出端與直流電機及負載(3)的輸入端連接，直流電機及負載(3)的輸出端與速度檢測傳感器(4)的輸入端連接，速度檢測傳感器(4)的輸出端與比較器(111)的輸入端連接。
2. —種基于權利要求1所述的直流電機速度PID控制的參數(shù)調節(jié)系統(tǒng)的 調節(jié)方法，其特征在于包括下列步驟-1) 采用速度檢測傳感器(4)檢測直流電機及負載(3)得到實際速度信號；2) 采用比較器(111)接收所述實際速度信號和給定的速度指令信號輸 出誤差信號；3) 采用比例器(112)接收所述誤差信號，調節(jié)比例器(112)的控制 參數(shù)^-^2L， />_為功率驅動單元(2)的最大輸出功率， ,為線性范圍內最大速度值，"喻出比例控制信號；4) 采用積分器(113)接收所述誤差信號，調節(jié)積分器(113)的控制參數(shù)尺/=(^")2 ， A為負載等效慣量參數(shù)，K為等效阻尼參數(shù)，輸出積分控 4x j制信號；5) 采用功率驅動單元(2)接收所述比例控制信號、積分控制信號輸出 驅動電流；6) 采用直流電機及負載(3)接收所述驅動電流帶動負載運行； 其中識別被控制對象的等效阻尼參數(shù)i)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動單元(2)，驅動直流電機及 負載(3)運轉，由速度檢測傳感器(4)測量直流電機及負載(3)速度輸出信號，并記錄階躍輸入信號和速度信號隨時間變化的過程；b.將階躍輸入信號幅值M除以與速度信號穩(wěn)態(tài)幅值C，得到被控對象 等效阻尼參數(shù)K; c. 測量在速度輸出信號穩(wěn)態(tài)幅值的0. 632倍處的時間軸上坐標值T;d. 將時間值T和等效阻尼參數(shù)K相乘，得到被控對象等效慣量參數(shù)A。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種直流電機速度PID控制的參數(shù)調節(jié)系統(tǒng)及調節(jié)方法，屬直流電機控制領域。本發(fā)明調節(jié)系統(tǒng)包括控制器、功率驅動單元、直流電機及負載、速度檢測傳感器，其中控制器由比較器、比例器、積分器組成。本發(fā)明所述調節(jié)方法采用速度傳感器檢測實際速度信號，比較器接收所述實際速度信號和給定的速度指令信號輸出誤差信號；比例器接、積分器收誤差信號分別輸出比例控制信號、積分控制信號；功率驅動單元接收各控制信號輸出驅動電流；直流電機接收驅動電流帶動負載運行。本發(fā)明具有良好的靜態(tài)性能和動態(tài)性能。
文檔編號G05B11/42GK101393425SQ20081019526
公開日2009年3月25日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權日2008年10月31日
發(fā)明者曾文火, 朱鵬程 申請人:江蘇科技大學