[發明專利]一種基于DSP的電流環路數字化方法

有效

• 申請號: 201611174047.5
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106777695B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 李晉
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十研究所
• 主分類號: G06F30/32
• 分類號: G06F30/32
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種基于DSP的電流環路數字化方法，首先建立數字電流環數學模型，然后采樣電樞電流信號，測量固有頻率特性，最終設計數字控制器。本發明以高性能DSP為核心設計數字化電流環控制器，大幅度簡化了硬件設計，提高了可靠性；DSP高速、實時的運算能力，為復雜有效的控制算法的應用創造了條件，有利于先進控制理論的工程應用實現。

技術領域

本發明涉及一種電流環路數字化方法，主要應用于跟蹤雷達伺服系統中。

背景技術

當今雷達伺服系統在控制方式方面多采用電流環、速度環、位置環三環嵌套控制結構。電流環是最內環，在伺服系統中起著核心作用，它的快速性對整個系統的快速性的影響最為直接。從電機的數學模型可知，伺服系統的輸入電流與電機的輸出轉矩有著直接關系，電流環使電流快速跟隨外環調節器輸出量的變化，使伺服系統有足夠大的加速轉矩，因此，對電流控制的優劣直接影響著系統的動靜態響應性能。

目前，三環結構的雷達伺服系統中，電流環仍以模擬環路的形式為主。模擬電流環路需要設計專用的A/D采樣電路和校正電路，通過運算放大器來實現控制規律，其控制線路復雜、通用性差，控制效果會受到器件性能、溫度因素的影響。

數字化電流環可以通過控制軟件對反饋信號進行邏輯判斷和復雜運算，采用軟件靈活地實現各種復雜的控制規律，也避免了控制精度受器件溫度漂移的影響。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于DSP的電流環路數字化方法，以高性能DSP為核心設計數字化電流環控制器，大幅度簡化了硬件設計，提高了可靠性；DSP高速、實時的運算能力，為復雜有效的控制算法的應用創造了條件，有利于先進控制理論的工程應用實現。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

1)建立電流環數學模型其中，電流環閉環脈沖傳遞函數G(s)＝G₁(s)G₂(s)G₃(s)，G₁(s)、G₂(s)、G₃(s)分別為驅動電機的零階保持器、PWM功放、電機電樞回路的傳遞函數，D(s)為電流環控制器的傳遞函數，K為比例環節，C(s)為輸出信號，R(s)為輸入信號；

2)選用霍爾傳感器對電樞電流信號進行采樣，作為電流環路的反饋信號進行閉環控制，電樞電流信號采樣周期T取1/10f_B，f_B＝ω_B/2π，ω_B是連續系統的閉環帶寬；

3)利用控制系統分析儀對電流環固有頻率特性進行測量，控制系統分析儀產生的正弦信號通過A/D變換后送入DSP，DSP輸出占空比變化的PWM信號給功放后引起電機電樞電流的變化，電流信號由霍爾傳感器反饋給控制系統分析儀，從而得到電流環從PWM信號輸出到霍爾傳感器輸出之間的固有頻率特性；根據系統開環增益、截止頻率以及穩定裕度指標，確定期望的系統開環頻率特性；

4)采用PI調節器把電流環校正成I型系統，傳遞函數其中，K_i為比例系數，T_i為積分時間常數，比例系數確保超調量在5％以內，L_a為電樞電感，R_a為電樞電路的電阻。

本發明的有益效果是：根據實際選用的功放、電機及霍爾傳感器參數進行建模，系統線性分析得到了模擬電流環及數字電流環的開環頻特性曲線及閉環單位階躍響應曲線。可以看出，數字電流環具有良好的動態性能及穩定性。

與模擬電流環相比，數字電流環在技術上具有以下優勢：

(1)數字控制器通過DSP軟件來實現，通過控制軟件對反饋信號進行邏輯判斷和復雜運算，易于靈活地實現各種復雜的控制規律，電流環的數字校正策略更加靈活，且控制器參數易調整；