[发明专利]基于改进型速度闭环控制算法的无刷电机单闭环控制方法

说明书

本发明涉及一种基于改进型速度闭环控制算法的无刷电机单闭环控制方法，其中无刷电机采用单闭环系统控制，包含以下步骤：S1、由单闭环系统控制提供给定速度；S2、在无刷电机的旋转过程中，根据与无刷电机端连接安装的霍尔传感器产生电压信号，捕获并分析计算得到反馈速度；S3、比较给定速度和反馈速度，得到速度偏差信号；S4、由改进型速度闭环控制器对速度偏差信号进行改进型速度闭环控制调制；S5、完成改进型速度闭环控制调制的速度偏差信号输入至PWM信号发生器，调制产生的PWM信号波控制无刷电机的转速。本发明能平衡系统快速机动性与控制精确性间的矛盾，提高速度单环控制的无刷电机的动态响应和稳态控制性能。

技术领域

本发明涉及一种无刷电机单闭环控制方法，具体是指一种基于改进型速度闭环控制算法的无刷电机单闭环控制方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

随着现代控制技术、新型功率开关器件和电力电子应用技术的不断进步以及稀土永磁材料的开发利用，电机及其控制技术得到飞速发展。现有技术中，永磁直流无刷电机作为新型电机的代表，具有体积小、效率高、功率密度大、结构简单可靠、易于控制等优点，并且被越来越多的应用于各种电控场合。在实际应用中，无刷电机常遇到大机动快速响应与高精度稳定控制这两者相互矛盾的需求。

为解决这一矛盾，需要采用一定的控制方法和控制理论对电机控制系统进行优化设计。电机调速控制系统一般采用闭环控制方式，根据不同的控制需求，又可分为单闭环和多闭环控制。一般来说，合理的增加闭环系统的闭环深度，有利于提高电机闭环系统的控制性能。

针对无刷直流电机调速系统，一般采用的是速度单环控制以及速度电流双环控制等方式。其中，速度电流双环控制的方案可以有效的提高电机控制性能，然而电流环的增加设置，一方面会增加硬件成本，另一方面在一些对结构尺寸要求比较严格的场合需要占用更多的尺寸空间。因此，在一定的应用场景下，速度单环控制的方案会成为更佳的选择。

对于单环系统而言，在硬件受限的情况下，对软件算法进行优化设计就显得尤为有价值。对于一般无刷电机的速度单环控制系统而言，常采用基于DSP(Digital SignalProcessing，数字信号处理)的硬件电路系统设计方案，利用数字PID(Proportion-Integral-Derivative，比例-积分-微分)调节器和PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)方式。DSP捕获无刷电机的三相霍尔电压信号，根据捕获信号上升沿跳变时间解算出电机转速，DSP将解算出的电机实时转速信息与电机参考转速相比较，其差值经数字PID调节器调节，产生电压调制信号，经PWM调制输出至功率驱动模块，从而驱动无刷电动舵机运动。

其中，PID调节器又名比例-微分-积分调节器，其输出量是其输入的比例、微分和积分量的和函数，具有算法简单、参数便于调节、控制无静差等特点，广泛应用于工控领域。但是由于无刷电机本身非线性、时变性的特点，采用PID闭环控制的无刷电机控制系统存在着动态响应性能与超调量指标无法兼容的难题，控制效果很难达到预期控制目标，需要选择和设计更合适的控制方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于改进型速度闭环控制算法的无刷电机单闭环控制方法，平衡系统快速机动性与控制精确性间的矛盾，提高速度单环控制的无刷电机的动态响应和稳态控制性能。

为实现上述目的，本发明提供一种基于改进型速度闭环控制算法的无刷电机单闭环控制方法，其中无刷电机采用单闭环系统控制，包含以下步骤：

S1、由单闭环系统控制提供给定速度；

S2、在无刷电机的旋转过程中，根据与无刷电机端连接安装的霍尔传感器产生电压信号，捕获并分析计算得到反馈速度；

S3、比较给定速度和反馈速度，得到速度偏差信号；

S4、由改进型速度闭环控制器对速度偏差信号进行改进型速度闭环控制调制；