[发明专利]基于电枢电流检测与实现多电机同步性方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种基于电枢电流检测与实现多电机同步性方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展,对各种机械性能和产品质量的要求也在逐渐提高,单单针对一台电机的控制已经不能满足现代技术发展的需求,而需要人们对多台电机进行同步控制。电机的转速是对多台电机实施同步控制的重要参数之一，因此要涉及到对电机转速的检测和调节。

目前国内外检测电机转速的方法很多，按照不同的理论先后产生过模拟测速法、同步测速法以及计数测速法。传统的电机转速检测是在发电机上安装辅助传感设备，包括有光电式(安装光电数字脉冲编码器等光电测速元件)，电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号。但是在测量微型直流电机转速时，外加装置测量转速尤为不便，且增加了生产成本。

对直流电机的转速进行调节就是改变电机电枢电流的直流分量。目前，直流电机调速有多种控制算法，应用最多的是PID(Proportion比例、Integration积分、Differentiation微分)控制算法。传统的PID控制器是工业控制中应用最广泛最基本的一种控制器，具有结构简单、稳定性好、可靠性高、调整方便等优点，并且PID调节规律对相当多的工业控制对象，特别是对于线性定常系统的控制非常有效。但是多电机驱动系统这一“广义控制对象”具有非线性、不完整性、不确定性及模糊性等特征，其精确数学模型不易获得，并且在设计控制系统过程中，这类系统也无法完全满足经典控制理论和现代控制理论所提出的较为苛刻的条件假设。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于电枢电流检测与实现多电机同步性方法，它利用电枢电流的脉动分量来反映电机的速度同步性，对电机进行测速；利用电枢电流直流分量来反映电机负载的位置同步性，并采用模糊PID作为位置同步补偿的控制算法，并通过脉宽调制技术PWM对电机进行调速；从而达到多电机的速度同步与位置同步。

一种基于电枢电流检测与实现多电机同步性方法，具体步骤如下：

1)直流电机驱动芯片采样电枢电流信号，去除干扰信号后得到影响电机同步运行的电枢电流脉动分量和电枢电流直流分量；

2)在计算机上绘制出电枢电流脉动分量的波形，根据电枢电流脉动分量与电机转速的关系检测出电机的转速，并记录电枢电流直流分量的大小；

3)设计模糊PID控制器，即设计出利用模糊控制器在线整定PID控制器参数的自适应模糊PID控制器；

4)利用步骤3)设计的模糊PID控制器计算出当前控制量并输送到电机驱动器；

5)再利用脉宽调制技术PWM对电机转速进行调控，从而实现多台电机的速度同步和位置同步。

进一步的，步骤2)中所述电枢电流脉动分量与电机转速的关系式为：

其中，f_n——电流脉动频率(Hz)；

K——换向器片数；

n——电机转速(r/min)；

P——极对数；

C——由换向片数的奇偶所决定的系数，K为偶数时C＝1，K为奇数时C＝2。

进一步的，所述的模糊PID控制器的电路设计结构为：

利用电枢电流直流分量的大小反映负载的大小，并根据负载实际行程偏差e和偏差变化率e_c作为输入变量，经模糊控制器处理后将参数值K_p、K_i、K_d输入到PID控制器中,由PID控制器连接直流电机的电机驱动器后得到输出变量，且输出变量经速度检测电路进行负反馈调节。

进一步的，所述模糊PID控制器的控制算法实现步骤如下：

4-1)输入、输出变量的模糊化，具体为：

选取模糊PID控制器的输入变量和输出变量，其中输入变量为电机负载实际行程偏差e和偏差变化率e_c，输出变量为PID控制器三个参数的修正量ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d；

定义输入、输出变量的论域；

根据输入、输出变量的情况，确定其模糊化的语言变量及其语言值；

在各语言变量的所属论域上定义其语言值的隶属函数，并利用隶属函数计算语言值的隶属度；

4-2)建立模糊PID控制器的控制规则，即根据对模糊PID控制器的设计经验，总结得出模糊规则；