[发明专利]三步法设计的有刷直流电机复合控制方法

说明书

一种三步法设计的有刷直流电机复合控制方法，属于电机技术领域。本发明的目的是通过三步法设计的前馈加反馈直流电机，解决了直流电机速度控制过程中快速性以及低速运行不平稳性问题的三步法设计的有刷直流电机复合控制方法。本发明步骤是：①建立直流有刷电动机的数学模型；②基于三步法设计的前馈加反馈的直流电机调速复合控制。本发明将内外环运算分开，降低了数字处理器运算负担，节约运算成本，提升了控制性能。

技术领域

本发明属于电机技术领域。

背景技术

近年来，有刷直流电机已经在机器人，航空航天，汽车电子系统，光电伺服系统等领域得到了广泛的应用。为了使其在更多的领域得到更多的应用，人们不断的提高着对电机控制性能的要求，但是开发难度也在大大增加，主要存在以下问题：

1.早期的直流电机调速系统是以单闭环PID算法进行调速，这种算法虽然性能可靠，结构简单，但是无法克服负载参数大范围变化和非线性因素对系统造成的影响，所以也逐渐难以满足控制要求。

2.在工程实践中，有许多生产机械要求一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态、动态特性，同时能够快速跟踪给定速度。传统的纯反馈控制方法难以兼顾这些指标。

3.由于直流电机的旋转机构存在非线性摩擦以及电机“死区”现象，使得电机在低速运行时产生不平稳性，甚至在闭环跟踪极低速运动目标或精确定位时会产生滞滑、爬行等有害特征。它破坏了系统运动的均匀性，严重阻碍了高精度伺服调速系统性能的提高。由于PID控制器对线性系统具有较好的控制性能，但对非线性系统控制效果较差。所以，传统的PID控制器，无法控制 存在非线性摩擦的电机系统达到很高的精度。

目前为了解决直流电机伺服调速系统在实际运用当中所遇到的困难，许多专家在直流电机控制方法方面进行了许多的努力，针对直流电机的速度控制问题已经提出了许多成型的方法：

中国专利公开号CN104467557，公开日为2015年3月25日，专利申请号为201410737472.5，专利申请名称为“直流电机的调速方法”。该专利描述了一种涉及直流调速退联机组的直流电机速度控制方法。首先，根据电机所带棍子的直径和齿轮比，计算机组在不同线速度下的理论速度。然后，启动电机，使电机高速空转以消除直流电机电刷的接触电阻。最后测量从辊的转速，将从辊的测量转速与所述理论转速进行比较，根据比较结果调整转速。该方法实施例可以通过计算机控制与机械控制相结合的方法调整直流电机速度，但是该方法设计的系统每次启动前都需要空转一段时间消除接触电阻，使用不方便。同时该发明较多的机械结构，维护升级比较困难，使用不够灵活。

中国专利公开号CN102946220A，公开日为2013年2月27日，专利申请号为201210499435.6，专利申请名称为“直流电机速度控制系统及速度控制方法”。该专利描述了一种直流电机速度控制系统及速度控制方法，在对所述三相直流电机的转速控制中，将所述三相直流电机的实际转速与预设转速相比较，根据比较结果修正所述实际转速，使得所述三相直流电机稳定在所述预设转速上。该发明实施例可以通过闭环控制的方法提高了三相直流电机的稳定性，但是快速性有待提升。

中国专利公开号CN101394147A，公开日为2008年9月12日，专利申请号为200810195896.8，专利申请名称为“电机速度控制装置和方法”。该专利描述了一种直流电机速度控制装置和方法，先通过速度确定单元确定直流电机的转速，将直流电机的速度反馈信号输入控制器，再通过控制器将输入的速度指令信号和速度反馈信号进行比较产生速度误差信号，由控制器对速度误差信号进行运算和比较产生直流电机的速度控制信号。依此方法，可改善直流电机速度控制的静态特性和动态特性，但是该方法采用单闭环控制，其对电机的抗扰性能不如双闭环控制。

传统的直流电机控制算法大多数采用单闭环或者双闭环反馈控制，这样虽然具有较好的调节性能。但是在对电机快速性、抗扰性能和低速平滑调速性能要求较高的场合，无法满足需求。

发明内容