CN106169897B - 一种电机速度实时抗饱和pid控制方法及装置 - Google Patents
一种电机速度实时抗饱和pid控制方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106169897B CN106169897B CN201610625740.3A CN201610625740A CN106169897B CN 106169897 B CN106169897 B CN 106169897B CN 201610625740 A CN201610625740 A CN 201610625740A CN 106169897 B CN106169897 B CN 106169897B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- value
- motor
- pid
- pid regulator
- maximum torque
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 44
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000001824 photoionisation detection Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/0004—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电机速度实时抗饱和PID控制方法及装置，该方法包括：获得电机的转速误差e(k)，计算所述电机的最大扭矩限幅值；计算当前时刻的PID调节器的当前积分值Ui(k)并对其限幅；计算PID调节器输出值Tpid(k)并对其限幅；计算所述限幅后的PID调节器输出值与所述Tpid(k)的差值，将其作为下一时刻的饱和误差值esat(k)，并返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。本发明根据所述电机的最大扭矩限幅值，对PID调节器的当前积分值和输出值进行限幅，并动态调整了饱和误差值，实现了根据电机转速‑扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。
Description
技术领域
本发明涉及控制技术领域，特别是涉及一种电机速度实时快速抗饱和PID控制方法及装置。
背景技术
在电机速度控制系统中，为满足产品生产工艺要求，要求电机速度实现快速、平稳且准确地跟踪给定目标值。目前，电机速度控制系统广泛采用PID(比例积分微分)控制技术，这主要是由于PID的控制结构简单，且不依赖于系统模型，在未知扰动的情况下，通过PID的积分控制作用可以消除稳态误差，提高系统精度。但是在电机的扭矩受限并且给定速度出现大跳变的情况下，积分控制容易产生积分器饱和的现象，使系统出现大超调和低频震荡，甚至导致系统不稳定。
为解决上述出现的这些问题，目前学者和研究人员已经提出了一些改进型的PID，如抗饱和PID。现有的做法主要是在普通的PID控制器中加入积分预测器，但是这种做法会引入误差微分项和低通滤波器，增加了系统阶数，计算过程比较复杂，并且不能根据电机转速-扭矩特性来进行实时限幅；同时，也有研究人员提出采用通过限制PID调节器的输出结合积分分离法和遇限消弱积分法来实现PID的抗饱和，但是这种方法是基于位置式PID算法，限制了其使用范围，也没有体现根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅。可以得出，现有的抗饱和PID控制方案中，都存在着一定的缺点，并且未能通过根据电机转速-扭矩特性来进行实时限幅，来实现对PID的积分量进行饱和限幅的目的。
发明内容
针对于上述问题，本发明提供一种电机速度实时抗饱和PID控制方法及装置，用以实现根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种电机速度实时抗饱和PID控制方法，该方法包括：
利用电机的额定转速Nref(k)减去电机的实际转速Nreal(k)，得到电机的转速误差e(k)；
通过查表差值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；
计算当前时刻的PID调节器的当前积分值Ui(k)；
其中，
Ui(k)＝Ui(k-1)+ki*e(k)+kc*esat(k)，式中，Ui(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，Ui(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，ki为积分系数，kc为抗饱和积分系数，esat(k)为当前时刻的饱和误差；
判断所述当前积分值Ui(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值Ui(k)，得到限幅后的积分值Ui′(k)，将所述当前积分值Ui(k)更新为Ui′(k)；
根据Tpid＝kp*e(k)+kd*(e(k)-e(k-1)+ui′(k)，计算PID调节器输出值Tpid(k)，式中，kp为比例系数，kd为微分系数；
判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值Tpid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)；
计算所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)与所述PID调节器输出值Tpid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值esat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。
优选的，所述通过查表插值法或拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值包括：
当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；
或者当所述通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速Nreal与电机额定转速N0之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，
Tmax＝T1 当Nreal≤N0时，
Tmax＝T1*N0/Nreal 当Nreal≥N0时，
式中，Tmax为电机的最大扭矩限幅值，T1为电机恒定转矩区的最大扭矩。
优选的，所述判断所述当前积分值Ui(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值Ui(k)，得到限幅后的积分值Ui′(k)，将所述当前积分值Ui(k)更新为Ui′(k)，包括：
判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足，则当所述PID调节器的当前积分值ui(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝Tmax；
当所述PID调节器的当前积分值ui(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝-Tmax；
当所述PID调节器的当前积分值ui(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝ui(k)。
优选的，所述判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值Tpid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)，包括：
判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝Tmax；
当所述PID调节器输出值Tpid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝-Tmax；
当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝Tpid(k)。
根据本发明的第二方面，提供了一种电机速度实时抗饱和PID控制装置，该装置包括：
误差计算模块，用于利用电机的额定转速Nref(k)减去电机的实际转速Nreal(k)，得到电机的转速误差e(k)；
扭矩计算模块，用于通过查表差值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；
积分值计算模块，用于计算当前时刻的PID调节器的当前积分值Ui(k)；
其中，
Ui(k)＝Ui(k-1)+ki*e(k)+kc*esat(k)，式中，Ui(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，Ui(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，ki为积分系数，kc为抗饱和积分系数，esat(k)为当前时刻的饱和误差；
第一判断模块，用于判断所述当前积分值Ui(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值Ui(k)，得到限幅后的积分值Ui′(k)，将所述当前积分值Ui(k)更新为Ui′(k)；
输出值计算模块，用于根据Tpid＝kp*e(k)+kd*(e(k)-e(k-1)+ui′(k)，计算PID调节器输出值Tpid(k)，式中，kp为比例系数，kd为微分系数；
第二判断模块，用于判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值Tpid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)；
计算模块，用于计算所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)与所述PID调节器输出值Tpid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值esat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。
优选的，所述扭矩计算模块包括：
第一计算单元，用于当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；
或者第二计算单元，用于当所述通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速Nreal与电机额定转速N0之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，
Tmax＝T1 当Nreal≤N0时，
Tmax＝T1*N0/Nreal 当Nreal≥N0时，
式中，Tmax为电机的最大扭矩限幅值，T1为电机恒定转矩区的最大扭矩。
优选的，所述第一判断模块包括：
积分值第一计算单元，用于判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足，则当所述PID调节器的当前积分值ui(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝Tmax；
积分值第二计算单元，用于当所述PID调节器的当前积分值ui(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝-Tmax；
积分值第三计算单元，用于当所述PID调节器的当前积分值ui(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝ui(k)。
优选的，所述第二判断模块包括：
输出值第一计算单元，用于判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝Tmax；
输出值第二计算单元，用于当所述PID调节器输出值Tpid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝-Tmax；
输出值第三计算单元，用于当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝Tpid(k)。
相较于现有技术，本发明通过计算电机的转速误差，并分析电机的扭矩特性计算获得电机的最大扭矩限幅值，根据所述电机的最大扭矩限幅值，在电机运行的时间周期内，对计算获得的PID调节器的当前积分值进行限幅，同时也对计算获得的PID调节器输出值进行限幅，并动态调整了饱和误差值，实现了根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种电机速度实时抗饱和PID控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种电机速度实时抗饱和PID控制方法的原理示意图；
图3为本发明实施例二对应的图1所述S12步骤计算最大扭矩限幅值的流程示意图；
图4为本发明实施例二对应的图1所述S14步骤对积分值进行限幅的流程示意图；
图5为本发明实施例本发明实施例二对应的图1所述S16步骤中对输出值进行限幅的流程示意图；
图6为本发明实施例三提供的一种电机速度实时抗饱和PID控制装置的结 构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
实施例一
参见图1为本发明实施例一提供的一种电机速度实时抗饱和PID控制方法的流程示意图和图2为该方法的原理示意图，该方法包括以下步骤：
S11、利用电机的额定转速Nref(k)减去电机的实际转速Nreal(k)，得到电机的转速误差e(k)；
其中，要获取电机的实际转速即要获取电机转速ω当前的准确值，在实际测量中可以采用速度编码器或者通过控制算法获取；
转速误差e(k)＝Nref(k)-Nreal(k)；
S12、通过查表差值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；
具体的，在获得所述电机的最大扭矩限幅值后，在某些工艺场合，例如如石油钻井，为避免钻杆受损，需限制电机输出的扭矩，所以增加上位机限幅；当工艺明确表示需要对扭矩进行限幅时候，就必须需要接受上位机的限幅指令；即所述电机的最大扭矩限幅值Tmax与上位机下发的转矩限幅Tg比较：
当Tmax>Tg时，Tmax＝Tg；
当Tmax<Tg时，Tmax不变；
S13、计算当前时刻的PID调节器的当前积分值Ui(k)；
其中，
Ui(k)＝Ui(k-1)+ki*e(k)+kc*esat(k)，式中，Ui(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，Ui(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，ki为积分系数，kc为抗饱和积分系数，esat(k)为当前时刻的饱和误差；
S14、判断所述当前积分值Ui(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值Ui(k)，得到限幅后的积分值Ui′(k)，将所述当前积分值Ui(k)更新为Ui′(k)；
S15、根据Tpid＝kp*e(k)+kd*(e(k)-e(k-1)+ui′(k)，计算PID调节器输出值Tpid(k)，式中，kp为比例系数，kd为微分系数；
S16、判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值Tpid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)；
S17、计算所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)与所述PID调节器输出值Tpid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值esat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。
具体的，在步骤S17中，是在电机运行的时间周期内，通过计算获得的本时刻限幅后的积分值，还有所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)与所述PID调节器输出值Tpid(k)的值，对下一时刻的即下一轮计算中的esat(k)和Ui(k-1)进行数据更新，然后计算获得当前积分值，这一过程是循环进行的，以保证动态调整饱和误差值，进行实时限幅。
根据本发明实施例一提供的技术方案，通过计算电机的转速误差，并分析电机的扭矩特性计算获得电机的最大扭矩限幅值，根据所述电机的最大扭矩限幅值，在电机运行的时间周期内，对计算获得的PID调节器的当前积分值进行限幅，同时也对计算获得的PID调节器输出值进行限幅，并动态调整 了饱和误差值，实现了根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。
实施例二
参照本发明实施例一和图1中所描述的S11到S17步骤的具体过程，并参见图3本发明实施例二对应的图1所述S12步骤中建立计算机理数学模型的流程示意图，计算最大扭矩限幅值的流程示意图，图1中步骤S12具体包括：
S121、当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；
或者S122、当所述通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速Nreal与电机额定转速N0之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，
Tmax＝T1 当Nreal≤N0时，
Tmax＝T1*N0/Nreal 当Nreal≥N0时，
式中，Tmax为电机的最大扭矩限幅值，T1为电机恒定转矩区的最大扭矩。
在计算获得PID调节器的当前积分值后，参见图3，在图1中的步骤S14具体包括：
S141、判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足；
S142、则当所述PID调节器的当前积分值ui(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝Tmax；
S143、当所述PID调节器的当前积分值ui(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝-Tmax；
S144、当所述PID调节器的当前积分值ui(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝ui(k)。
相应的，在计算获得PID调节器的输出值后，参见图4，在图1中的步骤S16具体包括：
S161、判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足；
S162、则当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝Tmax；
S163、当所述PID调节器输出值Tpid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝-Tmax；
S164、当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝Tpid(k)。
根据本发明实施例二提供的技术方案，具体描述了根据所述电机的最大扭矩限幅值，在电机运行的时间周期内，对计算获得的PID调节器的当前积分值进行限幅，同时也对计算获得的PID调节器输出值进行限幅，并动态调整了饱和误差值，实现了根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。
实施例三
与本发明实施例一和实施例二所公开的电机速度实时抗饱和PID控制方法相对应，本发明实施例三还提供了一种电机速度实时抗饱和PID控制装置，参见图6为本发明实施例三提供的一种电机速度实时抗饱和PID控制装置的结构示意图，该装置具体包括：
误差计算模块1，用于利用电机的额定转速Nref(k)减去电机的实际转速Nreal(k)，得到电机的转速误差e(k)；
扭矩计算模块2，用于通过查表差值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；
积分值计算模块3，用于计算当前时刻的PID调节器的当前积分值Ui(k)；
其中，
Ui(k)＝Ui(k-1)+ki*e(k)+kc*esat(k)，式中，Ui(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，Ui(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，ki为积分系数，kc为抗饱和积分系数，esat(k)为当前时刻的饱和误差；
第一判断模块4，用于判断所述当前积分值Ui(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值Ui(k)，得到限幅后的积分值Ui′(k)，将所述当前积分值Ui(k)更新为Ui′(k)；
输出值计算模块5，用于根据Tpid＝kp*e(k)+kd*(e(k)-e(k-1)+ui′(k)，计算PID调节器输出值Tpid(k)，式中，kp为比例系数，kd为微分系数；
第二判断模块6，用于判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值Tpid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)；
计算模块7，用于计算所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)与所述PID调节器输出值Tpid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值esat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。
相应的，所述扭矩计算模块2包括：
第一计算单元21，用于当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；
或者第二计算单元22，用于当所述通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速Nreal与电机额定转速N0之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，
Tmax＝T1 当Nreal≤N0时，
Tmax＝T1*N0/Nreal 当Nreal≥N0时，
式中，Tmax为电机的最大扭矩限幅值，T1为电机恒定转矩区的最大扭矩。
相应的，所述第一判断模块4包括：
积分值第一计算单元41，用于判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足，则当所述PID调节器的当前积分值ui(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝Tmax；
积分值第二计算单元42，用于当所述PID调节器的当前积分值ui(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝-Tmax；
积分值第三计算单元43，用于当所述PID调节器的当前积分值ui(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值Ui′(k)＝ui(k)。
相应的，所述第二判断模块6包括：
输出值第一计算单元61，用于判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝Tmax；
输出值第二计算单元62，用于当所述PID调节器输出值Tpid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝-Tmax；
输出值第三计算单元63，用于当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat＝Tpid(k)。
根据本发明实施例三提供的技术方案，分别通过误差计算模块和扭矩计算模块获得了电机的转速误差和电机的最大扭矩限幅值，并根据所述电机的最大扭矩限幅值，在电机运行的时间周期内，对计算获得的PID调节器的当前积分值进行限幅，同时也对计算获得的PID调节器输出值进行限幅，并动态调整了饱和误差值，实现了根据电机转速-扭矩特性进行实时限幅，进而对PID进行实时饱和限幅的目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种电机速度实时抗饱和PID控制方法，其特征在于，该方法包括：
利用电机的额定转速Nref(k)减去电机的实际转速Nreal(k)，得到电机的转速误差e(k)；
通过查表插值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；
计算当前时刻的PID调节器的当前积分值Ui(k)；
其中，
Ui(k)＝Ui(k-1)+ki*e(k)+kc*esat(k)，式中，Ui(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，Ui(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，ki为积分系数，kc为抗饱和积分系数，esat(k)为当前时刻的饱和误差；
判断所述当前积分值Ui(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值Ui(k)，得到限幅后的积分值U′i(k)，将所述当前积分值Ui(k)更新为U′i(k)，并在下一轮计算中将U′i(k)的值赋予Ui(k-1)；
根据Tpid＝kp*e(k)+kd*(e(k)-e(k-1))+U′i(k)，计算PID调节器输出值Tpid(k)，式中，kp为比例系数，kd为微分系数；
判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值Tpid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)；
计算所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)与所述PID调节器输出值Tpid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值esat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过查表插值法或拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值包括：
当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；
或者当所述通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速Nreal与电机额定转速N0之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，
Tmax＝T1 当Nreal≤N0时，
Tmax＝T1*N0/Nreal 当Nreal≥N0时，
式中，Tmax为电机的最大扭矩限幅值，T1为电机恒定转矩区的最大扭矩。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述当前积分值Ui(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值Ui(k)，得到限幅后的积分值U′i(k)，将所述当前积分值Ui(k)更新为U′i(k)，包括：
判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足，则当所述PID调节器的当前积分值Ui(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′i(k)＝Tmax；
当所述PID调节器的当前积分值Ui(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′i(k)＝-Tmax；
当所述PID调节器的当前积分值Ui(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′i(k)＝Ui(k)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值Tpid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)，包括：
判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)＝Tmax；
当所述PID调节器输出值Tpid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)＝-Tmax；
当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)＝Tpid(k)。
5.一种电机速度实时抗饱和PID控制装置，其特征在于，该装置包括：
误差计算模块，用于利用电机的额定转速Nref(k)减去电机的实际转速Nreal(k)，得到电机的转速误差e(k)；
扭矩计算模块，用于通过查表插值法或拟合特性曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值；
积分值计算模块，用于计算当前时刻的PID调节器的当前积分值Ui(k)；
其中，
Ui(k)＝Ui(k-1)+ki*e(k)+kc*esat(k)，式中，Ui(k)为所述PID调节器的当前时刻的积分值，Ui(k-1)为所述PID调节器上一时刻的积分值，ki为积分系数，kc为抗饱和积分系数，esat(k)为当前时刻的饱和误差；
第一判断模块，用于判断所述当前积分值Ui(k)是否满足积分限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，限幅调整所述当前积分值Ui(k)，得到限幅后的积分值U′i(k)，将所述当前积分值Ui(k)更新为U′i(k)，并在下一轮计算中将U′i(k)的值赋予Ui(k-1)；
输出值计算模块，用于根据Tpid＝kp*e(k)+kd*(e(k)-e(k-1))+U′i(k)，计算PID调节器输出值Tpid(k)，式中，kp为比例系数，kd为微分系数；
第二判断模块，用于判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则根据所述电机的最大扭矩限幅值，对所述PID调节器输出值Tpid(k)进行限幅调整，得到限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)；
计算模块，用于计算所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)与所述PID调节器输出值Tpid(k)的差值，将得到的差值作为下一时刻的饱和误差值esat(k)，在下一时刻到来后，返回执行计算当前时刻的PID调节器的当前积分值，直至所述电机运行的时间周期结束。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述扭矩计算模块包括：
第一计算单元，用于当通过查表插值法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时具体为预先设定一组反应电机特性的实际的数值，通过线性插值法计算得出所述电机的最大扭矩限幅值；
或者第二计算单元，用于当通过拟合特征曲线法，计算所述电机的最大扭矩限幅值时，具体为通过判断电机实际转速Nreal与电机额定转速N0之间的关系，计算所述电机的最大扭矩限幅值，其中，
Tmax＝T1 当Nreal≤N0时，
Tmax＝T1*N0/Nreal 当Nreal≥N0时，
式中，Tmax为电机的最大扭矩限幅值，T1为电机恒定转矩区的最大扭矩。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一判断模块包括：
积分值第一计算单元，用于判断所述PID调节器的当前积分值是否是满足积分限幅值，若不满足，则当所述PID调节器的当前积分值Ui(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′i(k)＝Tmax；
积分值第二计算单元，用于当所述PID调节器的当前积分值Ui(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′i(k)＝-Tmax；
积分值第三计算单元，用于当所述PID调节器的当前积分值Ui(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于等于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器的当前积分值U′i(k)＝Ui(k)。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二判断模块包括：
输出值第一计算单元，用于判断所述PID调节器输出值Tpid(k)是否满足PID调节器输出限幅值，若不满足，则当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)＝Tmax；
输出值第二计算单元，用于当所述PID调节器输出值Tpid(k)小于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)＝-Tmax；
输出值第三计算单元，用于当所述PID调节器输出值Tpid(k)大于等于所述电机的最大扭矩限幅值的相反数-Tmax，并小于所述电机的最大扭矩限幅值Tmax时，所述限幅后的PID调节器输出值Tsat(k)＝Tpid(k)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610625740.3A CN106169897B (zh) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | 一种电机速度实时抗饱和pid控制方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610625740.3A CN106169897B (zh) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | 一种电机速度实时抗饱和pid控制方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106169897A CN106169897A (zh) | 2016-11-30 |
| CN106169897B true CN106169897B (zh) | 2019-01-08 |
Family
ID=58065720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610625740.3A Active CN106169897B (zh) | 2016-08-02 | 2016-08-02 | 一种电机速度实时抗饱和pid控制方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106169897B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106842905B (zh) * | 2017-03-31 | 2018-11-09 | 上海拓攻机器人有限公司 | Pid控制方法及装置 |
| CN107579693A (zh) * | 2017-07-28 | 2018-01-12 | 黑龙江省电工仪器仪表工程技术研究中心有限公司 | 一种基于变折扣因子指数加权平均的电机转速控制方法 |
| CN109017215B (zh) * | 2018-07-26 | 2021-08-20 | 延锋伟世通电子科技（南京）有限公司 | 基于纯电动汽车ptc的pid+ff前馈闭环控制方法 |
| CN111490711B (zh) * | 2020-04-09 | 2021-11-19 | 北京理工大学 | 一种基于pid控制消防机器人电机转速的方法和电子设备 |
| CN111665712A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-09-15 | 厦门势拓御能科技有限公司 | 一种抗饱和及抑制超调的控制方法及pi调节器 |
| CN112003534A (zh) * | 2020-08-09 | 2020-11-27 | 石河子大学 | 一种提高6/4极srm控制系统速度响应性能的方法 |
| CN112230541B (zh) * | 2020-10-28 | 2021-10-26 | 东风汽车集团有限公司 | 一种基于pid控制的抗饱和变速积分方法及系统 |
| CN113741178A (zh) * | 2021-10-26 | 2021-12-03 | 柳州赛克科技发展有限公司 | 一种pid抗饱和的方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101893849A (zh) * | 2010-07-12 | 2010-11-24 | 绍兴县精功机电研究所有限公司 | 一种pid控制器的控制方法 |
| CN102624299A (zh) * | 2012-01-20 | 2012-08-01 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 电机调速系统的抗饱和pid控制方法 |
| JP2012191749A (ja) * | 2011-03-10 | 2012-10-04 | Toyota Industries Corp | モータインバータの制御方法、及び制御装置 |
| JP2013141357A (ja) * | 2012-01-04 | 2013-07-18 | Toyota Motor Corp | 多重系モータの制御装置及び制御方法 |
| CN103378787A (zh) * | 2012-04-16 | 2013-10-30 | 山洋电气株式会社 | 电机控制装置 |
| CN104410345A (zh) * | 2014-10-24 | 2015-03-11 | 深圳市芯海科技有限公司 | 基于fpga的永磁同步电机矢量控制装置及方法 |
-
2016
- 2016-08-02 CN CN201610625740.3A patent/CN106169897B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101893849A (zh) * | 2010-07-12 | 2010-11-24 | 绍兴县精功机电研究所有限公司 | 一种pid控制器的控制方法 |
| JP2012191749A (ja) * | 2011-03-10 | 2012-10-04 | Toyota Industries Corp | モータインバータの制御方法、及び制御装置 |
| JP2013141357A (ja) * | 2012-01-04 | 2013-07-18 | Toyota Motor Corp | 多重系モータの制御装置及び制御方法 |
| CN102624299A (zh) * | 2012-01-20 | 2012-08-01 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 电机调速系统的抗饱和pid控制方法 |
| CN103378787A (zh) * | 2012-04-16 | 2013-10-30 | 山洋电气株式会社 | 电机控制装置 |
| CN104410345A (zh) * | 2014-10-24 | 2015-03-11 | 深圳市芯海科技有限公司 | 基于fpga的永磁同步电机矢量控制装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 3种抗饱和PID控制方案的实验研究;彭萌 等;《电气传动》;20140319;第44卷(第3期);第50-53、80页 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106169897A (zh) | 2016-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106169897B (zh) | 一种电机速度实时抗饱和pid控制方法及装置 | |
| KR102281866B1 (ko) | 영구자석 동기전동기의 부하토크 추정 시스템 및 이를 이용한 영구자석 동기전동기의 속도 제어 시스템 | |
| CN103296940B (zh) | 一种自适应pi控制方法与系统 | |
| US10310489B2 (en) | Servo controller | |
| KR101619567B1 (ko) | 유도전동기의 파라미터 추정장치 | |
| JP2008070119A (ja) | エンジンベンチシステムの制御方法とその装置 | |
| CN106773652B (zh) | 一种pid系统及其参数自动调整方法 | |
| KR20140030811A (ko) | 유도전동기의 파라미터 추정장치 | |
| CN102087531B (zh) | 液体泵的流量控制方法 | |
| US10693398B2 (en) | Method for adjusting an amplitude of a voltage injection of a rotating, multi-phase electric machine, which electric machine is fed by means of a PWM-controlled inverter | |
| CN110569767B (zh) | 运动参数识别方法、系统、设备及计算机可读存储介质 | |
| CN114157207B (zh) | 基于自适应测速的pi控制器及其控制方法、系统 | |
| KR101845412B1 (ko) | 유도전동기의 자속관측기 및 자속 추정 방법 | |
| CN109842338A (zh) | 永磁同步电机预测模型参数在线修正方法 | |
| EP3507898B1 (en) | Techniques for limiting electrical current provided to a motor in an electric power steering system | |
| CN107659241B (zh) | 伺服电动机控制装置及方法、计算机可读取的存储介质 | |
| CN105022345A (zh) | 基于时间库伦摩擦模型的伺服系统摩擦补偿方法 | |
| JP5163432B2 (ja) | 射出成形機の制御装置および射出成形機 | |
| TW201517496A (zh) | 馬達參數量測方法與馬達參數量測系統 | |
| KR101590251B1 (ko) | 정지형 회전자 시정수 추정 방법 | |
| RU2243584C2 (ru) | Способ оптимальной автоматической настройки системы управления | |
| JP5865138B2 (ja) | 制御パラメータの決定方法及び装置 | |
| CN112398395A (zh) | 一种基于速度插值的惯量辨识方法、系统及存储介质 | |
| RU2384872C2 (ru) | Способ автоматической оптимальной импульсной настройки системы управления | |
| CN112083648A (zh) | 一种基于pid的列车恒速控制方法、装置、介质及设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200525 Address after: The age of 412001 in Hunan Province, Zhuzhou Shifeng District Road No. 169 Co-patentee after: HUNAN ZHONGCHE SPECIAL ELECTRICAL EQUIPMENT Co.,Ltd. Patentee after: CRRC Zhuzhou Institute Co.,Ltd. Address before: The age of 412001 in Hunan Province, Zhuzhou Shifeng District Road No. 169 Patentee before: CRRC Zhuzhou Institute Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |