[發(fā)明專利]一種時間響應最優(yōu)的直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)及實現(xiàn)方法

有效

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• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111697883B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設計）人: 朱鵬程;劉贊;方喜峰;張輝;趙孟軍
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H02P7/24
• 分類號: H02P7/24;H02P7/28
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

本發(fā)明公開一種時間響應最優(yōu)的直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，所述系統(tǒng)由工控機、數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、直流放大器、伺服對象、速度反饋傳感器、判向電路、數(shù)字量輸入模塊和高速計數(shù)模塊組成，所述伺服對象由直流電機和機械負載組成。所述工控機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的輸入端；所述機械負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；所述高速計數(shù)模塊輸出端接工控機。本發(fā)明接口簡單，參數(shù)調(diào)整方便，可使直流放大器能量充滿系數(shù)等于1，伺服對象時間響應最優(yōu)，且在無干擾負載時輸出無超調(diào)，有干擾負載時輸出超調(diào)可控。

技術領域

本發(fā)明涉及一種直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，更具體地說，是涉及一種時間響應最優(yōu)的直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)及實現(xiàn)方法。

背景技術

眾所周知，控制的本質(zhì)在于對能量的控制。對一個伺服對象提供的能量越大，系統(tǒng)響應也就越快。能量大應包括兩層意思，一是能量提供的速率快，二是能量在線性范圍內(nèi)所能達到的極大值大。對于一個閉環(huán)控制的系統(tǒng)來說，要達到無差控制的目的，需要適時地讓能量減小到維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行所需的能量，也就是說能量達到最大值后，并不是一直保持，否則不能成為無差系統(tǒng)；能量減小的時機也很重要，太早，系統(tǒng)響應不夠快，太遲，系統(tǒng)會出現(xiàn)超調(diào)。

在這方面，美國康奈爾大學的Phelan教授提出了偽微分反饋控制算法，并設計了一套偽微分反饋控制參數(shù)計算方法，這套控制參數(shù)是根據(jù)被控對象本身的參數(shù)、輸入信號的最大線性值和伺服放大器的最大線性值等進行計算。設計思想是：系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)等極點；控制器輸出小于等于伺服放大器的最大線性值。這種方法帶來的好處是對一個控制系統(tǒng)而言，控制參數(shù)固定，且有計算公式可循，控制簡單，系統(tǒng)有較好的響應速度和抗干擾性，比常見的比例積分微分控制有著更優(yōu)越的控制性能。

通過對偽微分反饋控制算法的應用和研究發(fā)現(xiàn)，盡管該算法有很好的綜合性能，但在時間響應性能上不是令人滿意。時間響應快慢看似是一個主觀的概念，或是依據(jù)設計要求而達到的一個指標，但對于一個實際對象，在一定的能量作用下的響應時間應該有一個客觀的量化數(shù)值。對于一個采用傳統(tǒng)偽微分反饋控制實現(xiàn)的具體的系統(tǒng)而言，帶來的問題包括：1、對任何小于等于線性范圍內(nèi)輸入信號最大值的輸入信號，系統(tǒng)的響應時間相同，這與人對控制的常規(guī)認識不一致，一般認為，輸入信號小，響應時間短，輸入信號大，響應時間長；2、由于對誤差信號始終存在積分運算，造成控制器輸出曲線從一開始就不是以很快的速度上升，相應的，伺服放大器提供能量的速率也受到限制；3、只有在輸入信號為線性范圍內(nèi)的最大值時，控制器輸出曲線與伺服放大器的最大線性范圍直線有相切點，之后控制器輸出便下降，也就是說伺服放大器維持最大輸出的時間極短，且是有條件的，并沒有被真正充分利用。

隨著各種機械設備對綜合性能要求的提高，對伺服系統(tǒng)性能提出了越來越高的要求。在某些極高響應要求的場合，常規(guī)的控制系統(tǒng)及控制方法已不能勝任，采用新的實現(xiàn)方法實現(xiàn)的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)是使響應性能邁向極限的關鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術中存在的問題和不足，針對一個具體的伺服對象，在一定的能量作用下，而提供一種時間響應最優(yōu)的直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)及實現(xiàn)方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種時間響應最優(yōu)的直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)，由工控機、數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、直流放大器、伺服對象、速度反饋傳感器、判向電路、數(shù)字量輸入模塊和高速計數(shù)模塊組成，所述伺服對象由直流電機和機械負載組成。所述工控機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的輸入端；所述機械負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；所述高速計數(shù)模塊輸出端接工控機。所述速度反饋傳感器由具有A、B兩相信號輸出的光電編碼器構成；所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、高速計數(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)采集卡構成；所述判向電路由D觸發(fā)器構成。