CN108667380B - 一种电机转速超调控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机转速超调控制系统，包括控制器、功率变换模块，功率变换模块分别与控制器、外部的电机负载连接，控制器根据给定转速v0调制占空比信号控制功率变换模块驱动电机负载运行；其特征在于：所述控制器上预设有延时参数t，控制器根据延时参数t将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t以抑制电机负载超调，本设计所引起的制动效果随电机转速增高而自动增强，无需软件单独计算处理，从而抑制转速超调，降低了系统对硬件的性能要求，简化了调试参数复杂度，在低速下，转速反馈响应特别慢的工况，效果尤其明显。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制系统，特别是一种应对电机转速超调的控制系统。
背景技术
传统的电机调速系统中，一般由控制器、功率变换模块构成，控制器根据给定转速v0调制占空比信号控制功率变换模块驱动电机负载运行，根据控制对象的不同，一般还分为三个反馈控制环路，即位置环、速度环、电流环(也叫转矩环)。当控制对象为电机输出扭矩时，只需一个电流环；当制动对象为电机转速时，环路可以只有速度环也可以是电流环做内环，速度环做外环的环路组合，当控制对象为电机定转子相对位置时，则由位置环做外环，速度环或速度环与电流环的组合做内环。除了单独的扭矩控制外，位置、速度控制均需面对负载突变所带来的转速超调风险。
现有电机调速系统针对转速超调的控制方法和步骤如下：
调整转速环的PI参数，提高转速环响应速度；
如果有电流内环，调整电流环的PI参数，提高电流环响应速度；
调整速度反馈的计算方式、方法，提高转速环响应速度。
如果在硬件平台性能水平较高，系统惯性较大的应用中，具有不错的效果，但如果系统受成本限制且系统惯性较小，上述方法很难达到预期的性能、效果。
传统的控制方法由于环路响应速度和硬件的处理速度、反馈的速度正相关，为了达到较好的效果需要增加硬件成本，需要进行的参数计算较多，环路参数的组合较多，调试难度大，使得传统的控制方法非常复杂，容易出现控制紊乱。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种通过将用于驱动的占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t以抑制电机负载超调的控制系统。
本发明采用的技术方案是：
一种电机转速超调控制系统，包括控制器、功率变换模块，功率变换模块分别与控制器、外部的电机负载连接，控制器根据给定转速v0调制占空比信号控制功率变换模块驱动电机负载运行；所述控制器上预设有延时参数t，控制器根据延时参数t将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t以抑制电机负载超调。
还包括转速检测模块，转速检测模块分别与电机负载、控制器连接，转速检测模块检测电机负载的实际转速vt并输入到控制器中以形成转速负反馈。
还包括与转速检测模块连接的电机状态监测模块，该电机状态监测模块根据实际转速vt的变化判断电机是否处于加速或者减速状态。
所述控制器根据给定转速v0以及所需制动力矩比δ计算延时参数t，其中，所需制动力矩比δ根据电机给定转速v0以及预设的允许转速超调范围制定。
所述控制器判断电机负载是否加速，若电机负载没有加速，则判断实际转速vt是否达到或者低于给定转速v0，若实际转速vt达到或者低于给定转速v0，则将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t。
所述控制器中设置有低转速范围段，所述控制器判断电机负载是否加速，若电机负载在加速，则判断给定转速v0是否处于低转速范围段，若给定转速v0处于低转速范围段，则将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t。
若电机负载在加速，判断给定转速v0是否处于低转速范围段，若给定转速v0不是处于低转速范围段，则判断实际转速vt是否达到或者超过给定转速v0，若实际转速vt达到或者超过给定转速v0，则控制器每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t。
本发明的有益效果：
本发明控制系统，控制器直接对输出到功率变换模块的占空比信号进行调制，而调制的方式为将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t以抑制电机负载超调，例如，在转速达到v0下，则将占空比信号通电区间向制动区间延伸一个延时参数t，此时t假定占制动区间时间的5％，则当转速瞬间超调至2倍v0时，t已占制动区间时间的10％，制动力矩加倍，超调抑制加倍，延时参数t所引起的制动效果随电机转速增高而自动增强，无需软件单独计算处理，从而抑制转速超调，此处无需进行多余的计算，是独立于电流环计算以及转速环计算的，无需对其中参数进行解耦，控制器可直接反应，在几个位置信号周期内响应，且超调越大抑制越强，从而形成了类似于负反馈的功能，降低了系统对硬件的性能要求，简化了调试参数复杂度，在低速下，转速反馈响应特别慢的工况，效果尤其明显。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1是本发明电机转速反馈控制系统的原理图。
图2是本发明电机转速超调控制系统的位置传感器信号和通电逻辑的示意图。
图3是本发明电机转速超调控制系统的控制流程图。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明电机转速超调控制系统，包括控制器、功率变换模块，功率变换模块分别与控制器、外部的电机负载电性连接，控制器中包括常规超调反馈控制系统中的速度环计算单元、电流环计算单元，并且基于PI调节进行运算，控制器根据给定转速v0调制占空比信号控制功率变换模块驱动电机负载运行；
本设计控制器上预设有延时参数t，控制器根据延时参数t将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t以抑制电机负载超调。
控制器直接对输出到功率变换模块的占空比信号进行调制，而调制的方式为将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t以抑制电机负载超调，例如，在转速达到v0下，则将占空比信号通电区间向制动区间延伸一个延时参数t，此时t假定占制动区间时间的5％，则当转速瞬间超调至2倍v0时，t已占制动区间时间的10％，制动力矩加倍，超调抑制加倍，延时参数t所引起的制动效果随电机转速增高而自动增强，无需软件单独计算处理，从而抑制转速超调，此处无需进行多余的计算，是独立于电流环计算以及转速环计算的，无需对其中参数进行解耦，控制器可直接反应，在几个位置信号周期内响应，且超调越大抑制越强，从而形成了类似于负反馈的功能，降低了系统对硬件的性能要求，简化了调试参数复杂度，在低速下，转速反馈响应特别慢的工况，效果尤其明显。
本设计还包括转速检测模块，转速检测模块分别与电机负载、控制器连接，转速检测模块检测电机负载的实际转速vt并输入到控制器中以形成转速负反馈。
还包括与转速检测模块连接的电机状态监测模块，该电机状态监测模块根据实际转速vt的变化判断电机是否处于加速或者减速状态，从而确定启用延时参数t的时刻，达到抑制转速超调的目的而不影响电机加、减速。。
进一步地，本设计还包括电流检测模块，电流检测模块检测电机负载的电流并输入到控制器中以形成转速负反馈。
控制器根据给定转速v0以及所需制动力矩比δ计算延时参数t，其中，所需制动力矩比δ根据电机给定转速v0以及预设的允许转速超调范围制定。
其中，预设的允许转速超调范围是工作人员对实际转速信号波形记录,当曲线被抓取下来后,看上升沿的幅值从而获取超调量，从而根据不同的电机固有特性进行设定的范围，进而由制动力矩计算单元计算所需制动力矩比δ是在给定转速v0的基础上结合允许转速超调范围得出的值。
同时延时参数t根据电机的具体参数不同通过相应计算得出，其中，假设转子极数为p,则电机每相每转有p个通电周期，而给定速度为v0，每秒电机转速为n，电机每相每相的通电周期数为Np＝p*n，由此通电周期就为T＝1/Np＝1/p*n，同时根据每台电机对应配置的制动力矩比δ，此时制动力矩比δ为延时参数t占通电周期中，制动半周的比例，即δ＝2t/T，由此t＝δ/2*p*n。
而基于本设计将占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t以抑制电机负载超调的方法，可实现多种控制方式，其中，以下给出多种可搭配的控制手段的其一实施例。
如图3所示为结合多种控制手段的总流程，所述控制器判断电机负载是否加速，若电机负载没有加速，则判断实际转速vt是否达到或者低于给定转速v0，若实际转速vt达到或者低于给定转速v0，则将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t，此处加速也可以设定为减速；
并且，控制器中设置有低转速范围段，所述控制器判断电机负载是否加速，若电机负载在加速，则判断给定转速v0是否处于低转速范围段，若给定转速v0处于低转速范围段，则将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t。
同时，若电机负载在加速，判断给定转速v0是否处于低转速范围段，若给定转速v0不是处于低转速范围段，则判断实际转速vt是否达到或者超过给定转速v0，若实际转速vt达到或者超过给定转速v0，则控制器每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t；
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电机转速超调控制系统，包括控制器、功率变换模块，功率变换模块分别与控制器、外部的电机负载连接，控制器根据给定转速v0调制占空比信号控制功率变换模块驱动电机负载运行；其特征在于：所述控制器上预设有延时参数t，控制器根据延时参数t将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t以抑制电机负载超调；
所述控制器根据给定转速v0以及所需制动力矩比δ计算延时参数t，其中，所需制动力矩比δ根据电机给定转速v0以及预设的允许转速超调范围制定。
2.根据权利要求1所述的一种电机转速超调控制系统，其特征在于：还包括转速检测模块，转速检测模块分别与电机负载、控制器连接，转速检测模块检测电机负载的实际转速vt并输入到控制器中以形成转速负反馈。
3.根据权利要求2所述的一种电机转速超调控制系统，其特征在于：还包括与转速检测模块连接的电机状态监测模块，该电机状态监测模块根据实际转速vt的变化判断电机是否处于加速或者减速状态。
4.根据权利要求3所述的一种电机转速超调控制系统，其特征在于：所述控制器判断电机负载是否加速，若电机负载没有加速，则判断实际转速vt是否达到或者低于给定转速v0，若实际转速vt达到或者低于给定转速v0，则将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t。
5.根据权利要求3所述的一种电机转速超调控制系统，其特征在于：所述控制器中设置有低转速范围段，所述控制器判断电机负载是否加速，若电机负载在加速，则判断给定转速v0是否处于低转速范围段，若给定转速v0处于低转速范围段，则将每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t。
6.根据权利要求5所述的一种电机转速超调控制系统，其特征在于：若电机负载在加速，判断给定转速v0是否处于低转速范围段，若给定转速v0不是处于低转速范围段，则判断实际转速vt是否达到或者超过给定转速v0，若实际转速vt达到或者超过给定转速v0，则控制器每相占空比信号的通电区间向制动区间后延延时参数t。
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