[發(fā)明專利]一種控制電機(jī)的硬件自適應(yīng)PID控制器及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710056521.2
• 申請(qǐng)日: 2017-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN106712652B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝志斌;吳博;鐘裕捷;李仕熾;李仕勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京鴻智電通科技有限公司
• 主分類號(hào): H02P29/00
• 分類號(hào): H02P29/00
• 代理公司: 北京慧智興達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11615
• 代理人: 韓龍

本發(fā)明公開一種控制電機(jī)的硬件自適應(yīng)PID控制器及控制方法。該控制器包括：第一加法器，PID系數(shù)調(diào)整步長確定電路、加法器組、乘法器組、及第二加法器。該方法包括：將目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值相減得到誤差值；根據(jù)誤差大小和上一周期三個(gè)系數(shù)調(diào)整步長確定本周期三個(gè)系數(shù)調(diào)整步長；將所確定的三個(gè)系數(shù)的步長分別與上一周期三個(gè)系數(shù)相加得到本周期三個(gè)系數(shù)；將得到的本周期三個(gè)系數(shù)分別與誤差、誤差和誤差的微分相乘；將積分系數(shù)和誤差的乘積經(jīng)積分運(yùn)算后，與比例系數(shù)和誤差的乘積及微分系數(shù)和誤差的微分的乘積相加，得到控制值。本發(fā)明普遍適用于各種電機(jī)控制場景；不同階段采用不同系數(shù)更精確地控制馬達(dá)，通過純硬件算法完成馬達(dá)控制，計(jì)算速度很快。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自動(dòng)化控制技術(shù)，尤其涉及一種控制電機(jī)的PID控制器及其控制方法。

背景技術(shù)

在控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是比例-積分-微分(PID)控制，即比例(Proportion)、積分(Integral)和微分(Differential)通過線性組合控制馬達(dá)，公式如下：

u(n)＝K_pe(n)+∑K_ie(j)+K_d(e(n)-e(n-1))

其中，K_p是比例系數(shù)，能夠及時(shí)對(duì)偏差做出反應(yīng)，反應(yīng)速度適中；

K_i是積分系數(shù)，能夠消除靜態(tài)誤差，但響應(yīng)速度會(huì)比較慢；

K_d是微分系數(shù)，能夠根據(jù)偏差的變化趨勢(shì)預(yù)先給出適當(dāng)?shù)募m正，但對(duì)輸入噪聲很敏感。

結(jié)合上述三種系數(shù)調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)按照一定比例能夠?qū)崿F(xiàn)快速平穩(wěn)地控制馬達(dá)。

目前，主要是通過軟件計(jì)算好PID參數(shù)，軟件按照公式計(jì)算PID控制器輸出的控制值un，軟件根據(jù)un值控制脈沖寬度調(diào)制(PWM)的寬度，從而實(shí)現(xiàn)馬達(dá)控制。PWM是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。雖然傳統(tǒng)的PID算法比較成熟，但PID系數(shù)需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景給出不同的參數(shù)，靈活性比較低；需要大量地消耗軟件資源；三個(gè)系數(shù)值全過程是固定的，不能實(shí)現(xiàn)不同階段不同的PID系數(shù)來精確控制馬達(dá)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種通過數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的控制電機(jī)的硬件自適應(yīng)PID控制器及其控制方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一方面，提出一種控制電機(jī)的硬件自適應(yīng)PID控制器。該P(yáng)ID控制器包括：

第一加法器，用于將目標(biāo)值與實(shí)測(cè)值作差得到誤差；

PID系數(shù)調(diào)整步長確定電路，用于根據(jù)第一加法器輸出的誤差和上一周期的積分系數(shù)、比例系數(shù)和微分系數(shù)的調(diào)整步長分別確定本周期積分系數(shù)、比例系數(shù)和微分系數(shù)的調(diào)整步長；

第一加法器組，用于將PID系數(shù)調(diào)整步長確定電路確定的本周期積分系數(shù)、比例系數(shù)和微分系數(shù)的調(diào)整步長分別與上一周期的積分系數(shù)、比例系數(shù)和微分系數(shù)相加，得到本周期的積分系數(shù)、比例系數(shù)和微分系數(shù)；

乘法器組，用于將加法器組得到的積分系數(shù)、比例系數(shù)和微分系數(shù)分別與誤差、誤差、以及誤差的微分相乘，得到三個(gè)乘積；

第二加法器組，用于將乘法器組輸出的積分系數(shù)與誤差的乘積經(jīng)過積分運(yùn)算后，與比例系數(shù)與誤差的乘積和微分系數(shù)與誤差的微分的乘積相加，得到PID控制值。

上述控制電機(jī)的硬件自適應(yīng)PID控制器所包括的所有加法器中任意多個(gè)加法器由一個(gè)加法器分時(shí)復(fù)用實(shí)現(xiàn)。

上述控制電機(jī)的硬件自適應(yīng)PID控制器所包括的所有乘法器中任意多個(gè)乘法器由一個(gè)乘法器分時(shí)復(fù)用實(shí)現(xiàn)。