[发明专利]基于电枢电流检测与实现多电机同步性方法

摘要

本发明提出一种基于电枢电流检测与实现多电机同步性方法，属于电机控制技术领域。该方法具体步骤如下1)直流电机驱动芯片采样电枢电流信号；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；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。本发明结构简单、调节方便、可靠性高，运用电枢电流脉动分量检测多电机的速度同步性，没有使用传感器等外部装置。

主权项

一种基于电枢电流检测与实现多电机同步性方法，其特征在于，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；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ec作为输入变量，经模糊控制器处理后将参数值Kp、Ki、Kd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；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ec，输出变量为PID控制器三个参数的修正量ΔKp、ΔKi、ΔKd；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；4‑3)输出变量的解模糊化，即根据输出变量的模糊化语言值的隶属度计算输出的确定值；4‑4)建立模糊控制表；输入变量的模糊化：1)模糊PID控制器的输入变量选取电机负载实际行程值偏差e和偏差变化率ec；2)根据偏差e和偏差变化率ec的实际论域，将其进行离散化E和Ec的论域：E＝Ec＝{‑6，‑5，‑4，‑3，‑2，‑1，0，1，2，3，4，5，6}3)模糊化的语言变量的语言值根据电机的实际负载大小，设电机的正向运行为“正”，反向运行为“负”，具体为：“负大”NB：[‑6，‑4]，反向运行特大；“负中”NM：[‑4，‑2]，反向运行较大；“负小”NS：[‑2，0]，反向运行较小；“零”ZE：[0，0]，正中；“正小”PS：[0，2]，正向运行较小；“正中”PM：[2，4]，正向运行较大；“正大”PB：[4，6]，正向运行特大；则确定的语言值为：“负大”、“负中”、“负小”、“零”、“正小”、“正中”、“正大”七个语言变量，模糊PID控制器的输入量语言值模糊子集选取为：{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}4)各语言变量的论域上定义其语言值的隶属函数：设E、Ec的隶属度函数同为三角函数分布，表示启闭机副轴的离散形式行程小于‑5时，其语言规则都表示为“负大”NB；当其行程在4‑5期间时，其语言规则都表示为“正大”PB；由此用语言将启闭机副轴的整个行程表示出来；输出变量的模糊化：模糊PID控制器中PID控制器是用模糊控制器校正的，因此输出变量选为PID控制器三个参数的修正量ΔKp、ΔKi、ΔKd，定义输出变量论域为：Kp的论域为：{‑0.3，‑0.2，‑0.1，0，0.2，0.2，0.3}Ki的论域为：{‑0.06，0.04，0.02，0，0.02，0.04，0.06}Kd的论域为：{‑3，‑2，‑1，0，1，2，3}同输入变量选取相似，定义模糊PID控制器的输出变量语言值模糊子集为：{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}隶属度函数及其意义同输入变量选取相同，利用模糊语言对输出量进行表述；建立确定模糊PID控制器的控制规则：模糊PID控制器就是不同时刻的输入变量的组合与PID控制器的参数Kp、Ki、Kd之间的控制关系，系统运行时，根据不同的输入变量组合，控制器根据控制规则给出Kp、Ki、Kd的变化量，达到好的控制效果，控制规则一般规律为：11)系统偏差较大时，选用较大的Kp值，使系统响应速度增快；使用较小的Kd值，避免应突然过大的偏差引起的微分饱和，产生过控制作用；令Ki值取零，防止系统出现的过超调，去掉积分作用；21)系统偏差和偏差变化率中等大时，选用较小的Kp，减小系统超调；使用适中的Ki值；也选用适中的Kd值，保证系统响应速度；31)系统偏差较小时，适当增大Kp和Ki的值；Kd值的选取在此处显得较为重要，它影响系统的抗干扰性与振荡；当较大，取较小的Kd值，当较小时，增大Kd的值；41)当系统偏差变化率较大时，适当减小Kp值，加大Ki值；系统输出量的解模糊化：采用重心法进行解模糊化，由得到的模糊控制规则，根据系统计算的偏差及偏差变化率得系统的输出量，其中ΔKp模糊控制规则的隶属度μΔp1由以下公式求得：μΔp1＝μNB(E)*μNB(Ec)其中，μNB(E)为偏差的隶属度值，μNB(Ec)为偏差变化率的隶属度值，*是取小运算符，上式写为：μΔp1＝min{μNB(E)，μNB(Ec)}ΔKp在不同偏差与偏差变化率下的其他隶属度函数也类似求出；在某一输入量下，输出量ΔKp的值为：ΔKp=Σj=149upj(ΔKp)·ΔKpjΣj=149upj(ΔKp)]]>其中，upj(ΔKp)，j＝1，2....49，为某时刻E和Ec的隶属度对应的ΔKp的各种组合隶属度，ΔKpj为论域Kp上的实数值。