一种改进型伺服控制电流环pi调节器的实现方法
【专利摘要】本发明公开一种改进型伺服控制电流环PI调节器的实现方法，其特征在于：在PI调节器输出之后，下一周期将要施加到电机上的电压之前，增设一校正步骤，该校正步骤具体为进行处理。本发明保持了原先传统PI调节器的优点，考虑了传统PI调节器控制量和反馈量在时序上不同步的问题，提出了一种改进型的PI调节器，消除了这种时序上的不同步，避免控制过程中出现超调以及震荡，提高了系统动态性能，扩宽了PI参数的稳定域。
【专利说明】
一种改进型伺服控制电流环p I调节器的实现方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电流环PI调节器，具体是一种改进型伺服控制电流环PI调节器的实现 方法。
【背景技术】
[0002] 目前，永磁同步伺服系统大多采用全数字式控制，主要控制流程是采样、计算、占 空比更新，从而调节系统输出。具体流程是，采样得到输入输出的误差，然后通过调节器的 计算得到控制量，更新到占空比中，以此校准误差。
[0003] 目前一般采用PI调节器的控制方式来调节电流环的输入输出，提高比例增益可以 提高响应速度，但是增益太大会引起超调和震荡，影响稳定性。并且这种控制方式是基于本 周期采样得到的反馈误差，并未考虑当前周期施加控制量后会对系统输出产生什么样的影 响，因此这种控制方式下，控制量和反馈量在时序上并不同步，控制量往往滞后反馈量一个 周期，容易引起系统的超调以及不稳定。
[0004] 图1为传统PI调节器控制下的电流环控制框图，由图可知，在传统PI调节器中，调 节器的输出^4需要延迟一个周期才能施加，即在下一周期内以u q(k+l)的方式施加到电机 上。Uq(k+1)与当前周期内正在被施加的电压uq(k)的差别在于一个周期的滞后，相当于忽略 了当前周期内u q(k)对输出的影响。
【发明内容】
[0005] 因此，针对上述的问题，本发明提出一种改进型伺服控制电流环PI调节器的实现 方法，分析PI调节器当前周期的输出量对电流的影响，并且加以校正，最终实现在电流环控 制中，避免超调和震荡，从而解决现有技术之不足。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种改进型伺服控制电流 环PI调节器的实现方法，在PI调节器输出之后，下一周期将要施加到电机上的电压u q(k+ 1)之前，增设一校正步骤，该校正步骤具体为进行
吐理。
[0007] 改进后，从PI调节器输出到下一周期将要施加到电机上的电Suq(k+1)经过了
丨处理，此时电流环闭环传递函数为：
[0009]由上式可推导出，当kP，h分别设置为
[0011] 则62(2)可化简为 此时PI调节器控制的系统对指令信号的
， 跟踪不会出现超调或震荡过程，仅存在两个采用周期的延迟，控制效果理想。
[0012] 本发明保持了原先传统PI调节器的优点，考虑了传统PI调节器控制量和反馈量在 时序上不同步的问题，提出了一种改进型的PI调节器，消除了这种时序上的不同步，避免 控制过程中出现超调以及震荡，提高了系统动态性能，扩宽了 PI参数的稳定域。
【附图说明】
[0013] 图1为传统的PI调节器控制的电流环控制框图；
[0014] 图2为本发明的改进型PI调节器控制的电流环控制框图。
【具体实施方式】
[0015] 永磁同步电机是一个复杂的非线性系统，通常采用空间矢量变换来简化其数学模 型，其同步旋转坐标系下的电压方程为：
[0018]式中：Ud、Uq为定子d、q轴的电压；id、iq分别为定子d、q轴的电流;R为定子电阻;Ld、 U为定子d、q轴电感；《为转子电角度;如为永磁体磁链。
[0019] 而传统PI调节器控制的电流环控制框图如图1所示，在传统PI调节器中，调节器的 输出％需要延迟一个周期才能施加，即在下一周期内以u q(k+l)的方式施加到电机上^(k + )与当前周期内正在被施加的电压uq(k)的差别在于一个周期的滞后，相当于忽略了当前 周期内uq(k)对输出的影响。
[0020] 我们通过分析电机的电压方程，以及电流环的传递函数，可以推导得到PI调节器 输出Uq与u q(k)、Uq(k+l)的关系为：
[0021 ] Uq(k+ 1)- iiq(k) - - (J )
[0022] 即PI调节器输出应该是11(1(1〇和11(1仏+1)的平均值，即电流的调节应该考虑1 1(1 (k)对输出的影响。而传统的pi调节器崦相当于默认而实际上， ，. …- ， uq(k)是由前一周期的运算结果决定的，与当前周期的PI调节器输出无直接相等的关系。这 种做法在暂态中很有可能会引起超调或者震荡。式(3)避开了对下一周期电流的直接预测， 因而不需要用到电机模型及参数，计算量小，且能够有效减小控制量时序滞后对系统的不 利影响。
[0023] 改进后的PI调节器控制的电流环控制框图如图2所示，改进后，从PI调节器输出 到下一周期将要施加到电机上的电压uq(k+l)不再是直接的对等关系，而是经过了
吐 理。此时电流环闭环传递函数为：
[0025]由上式可推导出，当如，匕分别设置为
[0027] 则62(2)可化简为 此时PI调节器控制的系统对指令信号 ， 的跟踪不会出现超调或震荡过程，仅存在两个采用周期的延迟，控制效果理想。
[0028] 本发明保持了原先传统PI调节器的优点，考虑了传统PI调节器控制量和反馈量在 时序上不同步的问题，提出了一种改进型的PI调节器，消除了这种时序上的不同步，避免控 制过程中出现超调以及震荡，提高了系统动态性能，扩宽了 PI参数的稳定域。
[0029] 尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明 白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对 本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种改进型伺服控制电流环PI调节器的实现方法，其特征在于:在PI调节器输出 之后，下一周期将要施加到电机上的电压％隊:|_:之前，增设一校正步骤，该校正步骤具 体为进行7·^处理。 ?十厂1
【文档编号】H02P21/22GK105958884SQ201610348592
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】徐本亮, 史加悦, 王利峰, 缪惠根, 潘丽杰
【申请人】浙江清华长三角研究院