[發(fā)明專(zhuān)利]一種時(shí)間響應(yīng)最優(yōu)的直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010534088.0
• 申請(qǐng)日: 2020-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111697883B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱鵬程;劉贊;方喜峰;張輝;趙孟軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P7/24
• 分類(lèi)號(hào): H02P7/24;H02P7/28
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

1.一種時(shí)間響應(yīng)最優(yōu)的直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，所述實(shí)現(xiàn)方法基于的數(shù)字控制系統(tǒng)由工控機(jī)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、直流放大器、伺服對(duì)象、速度反饋傳感器、判向電路、數(shù)字量輸入模塊和高速計(jì)數(shù)模塊組成，所述伺服對(duì)象由直流電機(jī)和機(jī)械負(fù)載組成；其特征在于，所述工控機(jī)的輸出端順序串接數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、直流放大器后接直流電機(jī)的輸入端；所述機(jī)械負(fù)載的輸出端接速度反饋傳感器；所述速度反饋傳感器的輸出端分別接高速計(jì)數(shù)模塊和判向電路；所述判向電路串接所述數(shù)字量輸入模塊后接工控機(jī)；所述高速計(jì)數(shù)模塊輸出端接工控機(jī)；所述速度反饋傳感器由具有A、B兩相信號(hào)輸出的光電編碼器構(gòu)成；所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、高速計(jì)數(shù)模塊和數(shù)字量輸入模塊由一塊研華PCI1712多功能數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成；所述判向電路由D觸發(fā)器構(gòu)成；其特征在于，所述實(shí)現(xiàn)方法包括如下步驟：

(1)初始化，將工控機(jī)中設(shè)置的積分器清零，即INT1＝0，INT2＝0；

(2)在工控機(jī)中輸入速度指令信號(hào)R；

(3)在工控機(jī)中輸入?yún)⒖夹盘?hào)Ra；

(4)高速計(jì)數(shù)模塊采集速度反饋傳感器信號(hào)Nf，并傳入工控機(jī)；

(5)工控機(jī)對(duì)輸入的速度指令信號(hào)R和速度反饋傳感器信號(hào)Nf取誤差，得到誤差結(jié)果ERR＝R-Nf；

(6)工控機(jī)檢測(cè)誤差結(jié)果ERR是否第一次等于0，當(dāng)否，則進(jìn)行下一步，當(dāng)是，則轉(zhuǎn)入步驟(11)；

(7)工控機(jī)對(duì)參考信號(hào)Ra進(jìn)行一次積分運(yùn)算，得到一次積分運(yùn)算結(jié)果INT1＝INT1+Ra；

(8)工控機(jī)對(duì)一次積分運(yùn)算結(jié)果INT1進(jìn)行一次乘法運(yùn)算，得到一次乘法運(yùn)算結(jié)果M1＝Ki×INT1；

(9)工控機(jī)對(duì)輸入的速度指令信號(hào)R進(jìn)行二次乘法運(yùn)算，得到二次乘法運(yùn)算結(jié)果M2＝Kp×R；

(10)數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊將二次乘法運(yùn)算結(jié)果M2進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換得到模擬信號(hào)AO1，同時(shí)返回到步驟(2)；

(11)工控機(jī)對(duì)誤差結(jié)果ERR進(jìn)行二次積分運(yùn)算，得到二次積分運(yùn)算結(jié)果INT2＝INT2+ERR；

(12)工控機(jī)對(duì)二次積分運(yùn)算結(jié)果INT2進(jìn)行三次乘法運(yùn)算，得到三次乘法運(yùn)算結(jié)果M3＝Ki×INT2；

(13)工控機(jī)對(duì)高速計(jì)數(shù)模塊傳輸過(guò)來(lái)的速度反饋傳感器信號(hào)Nf進(jìn)行四次乘法運(yùn)算，得到四次乘法運(yùn)算結(jié)果M4＝Kd×Nf；

(14)工控機(jī)對(duì)三次乘法運(yùn)算結(jié)果M3和四次乘法運(yùn)算結(jié)果M4進(jìn)行一次減法運(yùn)算，得到一次減法運(yùn)算結(jié)果S1＝M3-M4；

(15)工控機(jī)對(duì)一次減法運(yùn)算結(jié)果S1和一次乘法運(yùn)算結(jié)果M1進(jìn)行一次加法運(yùn)算，得到一次加法運(yùn)算結(jié)果A1＝S1+M1；

(16)數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊將一次加法運(yùn)算結(jié)果A1進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換得到模擬信號(hào)AO2，同時(shí)返回到步驟(2)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間響應(yīng)最優(yōu)的直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述參考信號(hào)R_a的設(shè)定值利用下式計(jì)算得到：

式中：e為自然對(duì)數(shù)的底；B為伺服對(duì)象的等效阻尼系數(shù)；R為線性范圍內(nèi)速度指令信號(hào)的指令值；l_max為伺服對(duì)象可能遇到的最大干擾負(fù)載；δ為伺服對(duì)象遇到最大干擾負(fù)載時(shí)輸出所允許的誤差范圍；M_max為直流放大器在線性范圍內(nèi)能夠輸出的最大電壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間響應(yīng)最優(yōu)的直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述一次乘法運(yùn)算以及三次乘法運(yùn)算的系數(shù)K_i利用下式計(jì)算得到，作為其初始整定值：

式中：J為伺服對(duì)象的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；B為伺服對(duì)象的等效阻尼系數(shù)；M_max為直流放大器在線性范圍內(nèi)能夠輸出的最大電壓；R_a為參考信號(hào)的設(shè)定值；R為線性范圍內(nèi)速度指令信號(hào)的指令值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間響應(yīng)最優(yōu)的直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述二次乘法運(yùn)算的系數(shù)K_P利用下式計(jì)算得到，作為其初始整定值：

式中：M_max為直流放大器在線性范圍內(nèi)能夠輸出的最大電壓；r_0,ml為線性范圍內(nèi)速度指令信號(hào)的最大值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)間響應(yīng)最優(yōu)的直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述四次乘法運(yùn)算的系數(shù)K_d利用下式計(jì)算得到，作為其初始整定值：

式中：B為伺服對(duì)象的等效阻尼系數(shù)；M_max為直流放大器在線性范圍內(nèi)能夠輸出的最大電壓；R_a為參考信號(hào)的設(shè)定值；R為線性范圍內(nèi)速度指令信號(hào)的指令值。