[發(fā)明專利]一種直流電機(jī)的高精度正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010231436.3
• 申請(qǐng)日: 2010-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101951209A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王瑋;劉芳;張仲毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P1/22
• 分類號(hào): H02P1/22
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉

1.一種直流電機(jī)的高精度正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其特征在于包括：PID控制方式和主動(dòng)控制方式兩部分，其中PID控制方式由比較器(2)、PID控制器(3)、控制方式切換器(5)、電機(jī)(6)和光柵(7)組成，光柵(7)輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)角輸出(8)經(jīng)反饋后在比較器(2)中和指令轉(zhuǎn)角輸入(1)相減得到角度誤差輸入給PID控制器(3)，根據(jù)PID控制算法由角度誤差計(jì)算并輸出控制電壓，該控制電壓經(jīng)過(guò)控制方式切換器(5)輸入給電機(jī)(6)，電機(jī)(6)的實(shí)際轉(zhuǎn)角由光柵(7)輸出；主動(dòng)控制方式由反電壓輸入(4)、控制方式切換器(5)、電機(jī)(6)和光柵(7)組成，反向電壓輸入(4)經(jīng)過(guò)控制方式切換器(5)到達(dá)電機(jī)(6)，再由光柵(7)輸出實(shí)際轉(zhuǎn)角；電機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)控制方式切換器(5)切換到PID控制方式，保證了平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)的精度，在電機(jī)反轉(zhuǎn)前控制方式切換器(5)切換到主動(dòng)控制方式，根據(jù)公式(1)對(duì)電機(jī)施加時(shí)間長(zhǎng)度為1～10ms的反向電壓U_T，并在仿真或者實(shí)際中調(diào)試U_T，電機(jī)(6)反轉(zhuǎn)后再切換為PID控制方式，并由近似計(jì)算公式(2)設(shè)置PID控制器中的積分器初值，電機(jī)又開(kāi)始勻速旋轉(zhuǎn)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其特征在于：所述比較器(2)、PID控制器(3)和控制方式切換器(5)均由計(jì)算機(jī)或者微處理器實(shí)現(xiàn)。

3.一種直流電機(jī)的高精度正反轉(zhuǎn)控制方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下：

(1)電機(jī)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)時(shí)采用PID控制方式，調(diào)整好PID控制器參數(shù)，使其滿足平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)時(shí)的精度要求并具有一定的抗干擾性；

(2)電機(jī)反轉(zhuǎn)前轉(zhuǎn)換為主動(dòng)控制方式，對(duì)電機(jī)施加時(shí)間長(zhǎng)度為1～10ms的反向電壓U_T，并在仿真或者實(shí)際中調(diào)試U_T，使電機(jī)高精度、平穩(wěn)反轉(zhuǎn)，反向電壓U_T的計(jì)算公式為：

UT=2ωc·J·RΔT·Cm---(1)]]>

(3)電機(jī)反轉(zhuǎn)后再轉(zhuǎn)換為PID控制，并根據(jù)摩擦情況和電機(jī)參數(shù)給PID控制器中的積分器賦初值，初值的計(jì)算公式為：

MfCm·R+(BCm·R+Ce)·ωc---(2)]]>

其中：R為電樞電阻；J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ω_c為電機(jī)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速的大小；C_m為力矩系數(shù)；ΔT為主動(dòng)控制的時(shí)間長(zhǎng)度；M_f為靜摩擦力矩；B為粘滯摩擦系數(shù)；C_e為反電勢(shì)系數(shù)；

若摩擦力矩和反電勢(shì)系數(shù)很小，以致使(2)式對(duì)應(yīng)的等效力矩小于0.03N·m，也可直接將積分器清零。