CN101989826A

CN101989826A - 开关磁阻电机控制器的速度调节方法及速度调节器

Info

Publication number: CN101989826A
Application number: CN2009103052793A
Authority: CN
Inventors: 马良玉
Original assignee: Beijing China Tex Mechanical & Electrical Engineering Ltd
Current assignee: Beijing China Tex Mechanical & Electrical Engineering Ltd
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-03-23

Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机控制器的速度调节方法，包括对给定转速和实际转速之间的偏差值进行PID运算得到第一转矩；将给定转速对时间进行微分处理得到第二转矩，以补偿开关磁阻电机在速度变化时增加或减少的转矩输出；将所述第一转矩及所述第二转矩进行求和处理，得到第三转矩。本发明还公开一种开关磁阻电机控制器的速度调节器，包括PID运算器，加速度补偿器及第一加法器。通过本发明可改善开关磁阻电机运行的动态性能和静态性能。

Description

开关磁阻电机控制器的速度调节方法及速度调节器

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机驱动领域，具体涉及一种开关磁阻电机控制器的速度调节方法及速度调节器。

背景技术

目前开关磁阻电机控制器的速度调节器，例如，PI或PID调节器，无法满足开关磁阻电机的性能要求，参数(包括惯量负载及阻力负载等)调整非常困难，特别是很难同时满足各个指标，动态性能和静态性能差。在动态性能方面，开关磁阻电机无法很快跟踪响应开关磁阻电机的给定转速。开关磁阻电机在调整过程中，会出现超调现象(即会超过给定转速或小于给定转速)等。在静态性能方面，开关磁阻电机在调整速度的过程中，不能有效稳定运行在一设定转速，导致开关磁阻电机在运行过程中，运行速度的波动范围大。

图3给出了现有PID调节器产生超调现象的示意图，其中，V1表示开关磁阻电机的实际转速，V2表示开关磁阻电机的给定转速及T1表示现有PID调节器输出的转矩。由图3可知，开关磁阻电机在调整过程中，V1和V2偏差较大，出现了超调现象及在开关磁阻电机在调整速度过程中，不能有效稳定运行在一设定转速，运行速度的波动范围大。

发明内容

本发明的目的之一是提供改善开关磁阻电机运行动态性能和静态性能的一种开关磁阻电机控制器的速度调节方法及速度调节器。

根据本发明一个方面，提供一种开关磁阻电机控制器的速度调节方法，可包括：

对给定转速和实际转速之间的偏差值进行PID运算得到第一转矩；

将给定转速对时间进行微分处理得到第二转矩，以补偿开关磁阻电机在速度变化时增加或减少的转矩输出；

将所述第一转矩及所述第二转矩进行求和处理，得到第三转矩。

根据本发明另一个方面，提供一种开关磁阻电机控制器的速度调节器，可包括：

PID运算器，对给定转速和实际转速之间的偏差值进行PID运算得到第一转矩；

加速度补偿器，将给定转速对时间进行微分处理得到第二转矩，以补偿开关磁阻电机在速度变化时增加或减少的转矩输出；

第一加法器，将所述第一转矩及所述第二转矩进行求和处理，得到第三转矩。

通过本发明，可改善开关磁阻电机运行的动态性能和静态性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的开关磁阻电机控制器的速度调节方法的流程示意图。

图2是本发明实施例提供的开关磁阻电机控制器的速度调节器的结构示意图。

图3是现有开关磁阻电机控制器的速度调节器存在超调问题的示意图。

图4是通过本发明实施例提供的开关磁阻电机控制器的速度调节器消除超调问题的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例提供的开关磁阻电机控制器的速度调节方法，包括：

步骤S1、在开关磁阻电机运行中，对给定转速(在开关磁阻电机控制器内部，给定转速v由开关磁阻电机控制器中的斜波发生器产生)和实际转速之间的偏差值进行PID运算得到第一转矩。其中，P是比例运算，即将偏差值乘上一个比例系数。I是积分运算，即将偏差值对时间求积分。D是微分运算，即将偏差值对时间求微分，第一转矩是三个运算结果之和。

步骤S2、将给定转速对时间进行微分处理得到第二转矩，以补偿开关磁阻电机在速度变化时，在转动惯量上增加(速度上升时)或减少(速度下降时)的转矩。其中，第二转矩＝K1×dv/dt；K1为开关磁阻电机传动系统的转动惯量；v为达到电机目标转速(可由用户设定)的给定转速(在开关磁阻电机控制器内部，给定转速v由开关磁阻电机控制器中的斜波发生器产生)；t为时间。第二转矩提供开关磁阻电机加减速时所需的转矩，这样就大大加快了电机加减速过程的响应。另外，在加减速过程中，由于没有PID运算参与调节，这样使的电机速度的超调量大大减少。

步骤S3、将第一转矩及第二转矩进行求和处理，得到第三转矩。

步骤S4、生成一固定补偿转矩并增加到第三转矩，以补偿开关磁阻电机运行过程中的因固体阻力(如摩擦力或重力)而造成的转矩损失。其中，固定补偿转矩包括根据速度调节器转向而选择的正转补偿转矩和反转补偿转矩，或根据实际需要选择的一转矩定值。

执行以上步骤以后，开关磁阻电机输出的最终转矩即是第三转矩和固定补偿转矩之和。

如图2所示，本发明实施例提供的开关磁阻电机控制器的速度调节器，包括减法器10，PID运算器20，加速度补偿器30，第一加法器40，预置补偿器50及第二加法器60。

其中，减法器10接收给定转速和实际转速，并进行减法处理得到给定转速和实际转速之间的偏差值，并将偏差值输至PID运算器20。

PID运算器20对给定转速和实际转速之间的偏差值进行PID运算得到第一转矩；PID运算器20包括比例与积分运算器201和微分运算器202。其中，比例与积分运算器201对偏差值依次进行比例运算和积分运算。微分运算器202对偏差值对时间进行微分运算。

加速度补偿器30将给定转速对时间进行微分处理得到第二转矩，以补偿开关磁阻电机在速度变化时，在转动惯量上增加(速度上升时)或减少(速度下降时)的转矩。第二转矩＝K1×dv/dt；K1为开关磁阻电机传动系统的转动惯量；v为达到电机目标转速(可由用户设定)的给定转速(在开关磁阻电机控制器内部，给定转速v由开关磁阻电机控制器中的斜波发生器00产生)；t为时间。在加速度补偿器30运行过程中，由于不需要PID运算器20的参与，而提供开关磁阻电机加减速时所需的转矩，大大加快了电机加减速过程的响应。另外，在加减速过程结束中，由于不需要PID运算器20参与，这样使的电机速度的超调量大大减少。

第一加法器40，将第一转矩及第二转矩进行求和处理，得到第三转矩。

预置补偿器50，生成一固定补偿转矩，以补偿开关磁阻电机运行过程中因固定阻力(如摩擦力或重力)所消耗的转矩。固定补偿转矩包括根据速度调节器转向而选择的正转补偿转矩、反转补偿转矩或根据实际需要选择的一转矩定值。

第二加法器60，将第三转矩和固定补偿转矩进行求和处理，以得到最终转矩。

下面结合一具体实施例对开关磁阻电机控制器的速度调节器进行说明。假设传动系统的转动惯量为K1，测试的固定阻力为K，并以摩擦力为实例。若给定转速为v，开关磁阻电机实际转向为m(1表示正转，-1表示反转)，PID运算器30运算输出的转矩为TPID。经过加速度补偿器30补偿的转矩为TACC。经过预置补偿器50补偿的固定补偿转矩为TSET。因此最终转矩Tout＝TPID+TACC+TSET。其中TACC＝K1×dv/dt，TSET＝m×K，故Tout＝TPID+K1×dv/dt+m×K。

其中，转动惯量和摩擦力可通过实际测试得到相应参数。测试方法是：先关闭加速度补偿器30和预置补偿器50，只采用PID运算器20控制，断开工作载荷，运行电机并观察当前转矩，在加速过程中的转矩为T1，加速时间为t2，稳定速度为V2，稳定运行时的转矩设定值为T2，则传动系统的摩擦力K＝T2，转动惯量K1＝(T1-T2)×t2÷V2。

图4给出了本发明实施例提供的速度调节器调节后消除超调现象的示意图。由图4(相对于图3)可知，经本速度调节器调节后，V1和V2偏差很小，开关磁阻电机的实际转速V1和开关磁阻电机的给定转速V2基本保持一致。另外，开关磁阻电机能有效稳定运行在一设定转速，运行速度的波动范围很小。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种开关磁阻电机控制器的速度调节方法，其特征在于，包括：

对开关磁阻电机的给定转速和开关磁阻电机的实际转速之间的偏差值进行PID运算得到第一转矩；

将所述给定转速对时间进行微分处理得到第二转矩，以补偿开关磁阻电机在速度变化时增加或减少的转矩输出；

2.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于，还包括：

生成一固定补偿转矩并增加到所述第三转矩，以补偿开关磁阻电机运行过程中的因固定阻力而造成的转矩损失。

3.根据权利要求2所述的调节方法，其特征在于：

所述固定补偿转矩包括根据开关磁阻电机转向而选择的正转补偿转矩、反转补偿转矩或一转矩定值。

4.根据权利要求1至3任一项所述的调节方法，其特征在于：

所述进行微分处理得到所述第二转矩＝K1×dv/dt；所述K1为开关磁阻电机传动系统的转动惯量；所述v为给定转速；所述t为时间。

5.根据权利要求4所述的调节方法，其特征在于：

所述的v由开关磁阻电机控制器中的斜波发生器产生。

6.一种开关磁阻电机控制器的速度调节器，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的速度调节器，其特征在于：

所述第二转矩＝K1×dv/dt；所述K1为开关磁阻电机传动系统的转动惯量；所述v为给定转速；所述t为时间。

8.根据权利要求6所述的速度调节器，其特征在于，所述PID运算器包括：

比例与积分运算器，对所述偏差值依次进行比例运算和积分运算；

微分运算器，对所述偏差值对时间进行微分运算。

9.根据权利要求6所述的速度调节器，其特征在于，还包括：

预置补偿器，生成一固定补偿转矩，以补偿开关磁阻电机运行过程中因固定阻力所消耗的转矩。

第二加法器，将所述第三转矩和所述固定补偿转矩进行求和处理，以得到最终转矩。

10.根据权利要求6至9任一项所述的速度调节器，其特征在于，还包括：

减法器，接收所述给定转速和所述实际转速，并进行减法处理得到给定转速和实际转速之间的偏差值。