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先進演算法電機控制思路

發布時間:2023-02-03 22:42:09

⑴ 步進電機基本控制方法

進電機的基本控制方法有幾下幾種情況:1、採用專用晶元,這樣控制簡單,成本就低,但一般工作電流不大約2A左右,工作電壓不高,36VDC左右;2、採用MCU+功率器件的方式,電流通過模擬電路來控制,MCU提供細分環形分配器,這種方式,控制相對簡單,工作電流和電壓都可以做大,但控制參數一般比較固定,應用不靈活;3、採用DSP實現全數字式控制,控制比較復雜,但控制演算法靈活,可以自動整定不同電機的控制參數。

⑵ 矢量控制(SVC)演算法的基本思路是什麼

基本原理就是:通過測量和控制非同步電動機定子電流矢量,根據磁場定向原理分別對非同步電動機勵磁電流和轉矩電流進行控制,從而達到控制電機轉矩的目的。
簡單講:矢量控制方式,就是將磁鏈和轉矩解耦,有利於分別設計兩者的調節器,以實現對電機高性能的調整。
希望對你有點幫助!

⑶ 現代電機控制

1 控制理論方面

自70年代非同步電動機矢量變換控制方法提出,至今已獲得了迅猛的發展。這種理論的主要思想是將非同步電動機模擬成直流機,通過坐標變換的方法,分別控制勵磁電流分量與轉矩電流分量,從而獲得與直流電動機一樣良好的動態調速特性。這種控制方法現已較成熟,已經產品化,且產品質量較穩定。因為這種方法採用了坐標變換,所以對控制器的運算速度、處理能力等性能要求較高。近年來,圍繞著矢量變換控制的缺陷,如系統結構復雜、非線性和電機參數變化影響系統性能等等問題,國內、外學者進行了大量的研究。

1985年,德國的Depenbrock教授提出一種新的控制方法,即非同步電動機直接轉矩控制系統。它就是上述研究的結果。它不需要坐標變換,也不需要依賴轉子數學模型,理論上非常誘人。實驗室條件下也已做出性能指標相當高的樣機。只是還有些問題未解決,如低速時轉矩觀測器和轉速波動等,未能產品化。現在市面上自稱實現了轉矩直接控制的系統,大多都是或者採用了將磁鏈定向與直接轉矩控制相結合的方法,低速時採用磁鏈定向矢量變換控制,高速時採用直接轉矩控制。或者同時觀測轉子磁鏈,作為直接轉矩控制系統的校正。一來這種方法平穩切換的時機較難確定,目前德國大學的博士正在研究這個問題;二來如果低速時採用磁鏈定向矢量控制,或採用觀測轉子磁鏈的方法,還是要依賴轉子參數。也就是說只要有轉子磁鏈的成分在裡面,就還是對轉子參數較敏感。無法體現直接轉矩控制的優勢。看來,完全的轉矩直接控制離產品化還有一段距離。

除此之外,基於現代控制理論的滑模變結構控制技術、採用微分幾何理論的非線性解耦控制、模型參考自適應控制等等方法的引入,使系統性能得到了改善。但這些理論仍然建立在對象精確的數學模型基礎上,有的需要大量的感測器、觀察器,因而結構復雜,有的仍無法擺脫非線性和電機參數變化的影響,因而需進一步探討解決上述問題的途徑。

縱觀電機工業的發展史,幾乎每一次大的發展都是有理論方面的突破。但現在作為一些較成熟的現代交流系統,再提出具有劃時代意義的理論不太容易。因此今後的發展,相當長一段時間內還會是將現有的各種控制理論加以結合,互相取長補短,或者將其它學科的理論、方法引入電機控制,走交叉學科的道路,以解決上述問題。近年來,智能控制研究很活躍,並在許多領域獲得了應用。典型的如模糊控制、神經網路控制和基於專家系統的控制。由於智能控制無需對象的精確數學模型並具有較強的魯棒性,因而許多學者將智能控制方法引入了電機控制系統的研究,並預言未來的十年將開創電力電子和運動控制的新紀元。比較成熟的是模糊控制,它具有不依賴被控對象精確的數學模型、能克服非線性因素的影響、對調節對象的參數變化具有較強的魯棒性等等優點。模糊控制已在交直流調速系統和伺服系統中取得了滿意的效果。它的典型應用如:用於電機速度控制的模糊控制器;模糊邏輯在電機模型及參數辨識中的應用;基於模糊邏輯的非同步電動機效率優化控制;基於模糊邏輯的智能逆變器的研究等等。近年來已有一些文獻探討將神經網路控制或專家系統引入非同步電動機的直接轉矩控制系統,相信不久的將來會獲得實用性結果。

2 控制器方面

有了好的控制方法,還需要有能將其實現的控制器。可靠性高,實時性好是對控制系統的基本要求。最初的電機控制都是採用分立元件的模擬電路,後來隨著電子技術的進步,採用集成電路甚至專用集成電路。這些電路大多為模擬數字混合電路,既提高了可靠性、抗干擾性,又縮短了開發周期和研製費用,減小了體積,因而發展很快。

作為專用集成電路(ASIC-Application Specific Integrated Circuit)的一個重要方面,幾乎所有先進工業國家的半導體廠商,都能提供自己開發的電機控制專用集成電路。所以電機控制專用集成電路品種、規格繁多,產品資料和應用資料十分豐富。但同時由於各廠商之間無統一標准,因而產品極其分散,又不斷有新產品出現,為滿足一次設計的需要,往往要花很大力氣、很多時間去收集整理資料。但如前所述,當前電機控制的發展越來越趨於多樣化、復雜化。所以有時未必能滿足越來越苛刻的性能要求。這時可以考慮自己開發電機專用的控制晶元。現場可編程門陣列(FPGA)可以作為一種解決方案。作為開發設備,FPGA可以方便地實現多次修改。簡單地打個比方,FPGA相對於ASIC好比EEPROM相對於掩模生產的ROM。由於FPGA的集成度非常大。一片FPGA少則幾千個等效門,多則幾萬或幾十萬等效門。所以一片FPGA就可以實現非常復雜的邏輯,替代多塊集成電路和分立元件組成的電路。它藉助於硬體描述語言(VHDL或VerilogHDL)來對系統進行設計,硬體描述語言擯棄了傳統的從門級電路向上直至整體系統的方法。它採用三個層次的硬體描述和自上至下(從系統功能描述開始)的設計風格,能對三個層次的描述進行混合模擬,從而可以方便地進行數字電路設計。具體層次及其簡介如下:第一層為行為描述,主要是功能描述,並可以進行功能模擬;第二層是RTL描述,主要是邏輯表達式的描述,並進行RTL級模擬:第三層是門級描述,即用基本的門電路進行描述,相應地進行門級模擬。最後生成門級網路表,再用專用工具生成FPGA的編程碼點,就可以進行FPGA的編程了。試製成功後,如要大批量生產,可以按照FPGA的設計定做ASIC晶元,降低成本。目前已有探討這方面可行性的文章,有興趣的讀者可參閱。

集成電路的出現對電機控制的影響是深遠的。它大大地推動了電機控制行業的發展,至今仍具有廣大市場,只可惜國內的集成電路廠商不能佔到這一市場他們應該佔到的份額。隨著技術的進步,特別是數字化趨勢廣泛流行的今天,人們不會滿足於停留在模擬數字混合的時代。

現在市面上較通用的變頻器大多都是採用單片機來控制。應用較多的是8096系列產品。但單片機的處理能力有限,特別是採用矢量變換控制的系統,由於需要處理的數據量大,實時性和精度要求高,單片機往往不再能滿足要求。因此人們自然而然地又想到了數字信號處理器(DSP)。近年來,各種集成化的單片DSP的性能得到很大改善,軟體和開發工具也越來越多,越來越好;價格卻大幅度下滑,目前低端產品已接近單片機的價格水平,且具有更高的性能價格比。從而使得DSP器件及技術更容易使用,價格也能夠為廣大用戶接受。越來越多的單片機用戶開始選用DSP器件來提高產品性能,DSP器件取代高檔單片機的時機已經成熟。而且隨著DSP在各行各業中的廣泛普及,專業人才方面的供需矛盾也會很快解決。

與單片機相比DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU,更大容量的存儲器,內置有波特率發生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標准非同步串口。有的片內集成了A/D和采樣/保持電路,可提供PWM輸出。更為不同的是,DSP器件為精簡指令系統計算機(RISC)器件,大多數指令都能在一個指令周期內完成,並且通過並行處理技術,使一個指令周期內可完成多條指令。DSP採用改進的哈佛結構,具有獨立的程序和數據空間,允許同時存取程序和數據。內置高速的硬體乘法器,增強的多級流水線,使DSP器件具有高速的數據運算能力。而單片機為復雜指令系統計算機(CISC),多數指令要2~3個指令周期來完成。單片機採用諾依曼結構,程序和數據在同一空間存取,同一時刻只能單獨訪問指令或數據。ALU只能做加法,乘法需要由軟體來實現,因此佔用較多的指令周期,也就是說速度比較慢。所以,結構上的差異使DSP器件比16位單片機單指令執行時間快8~10倍,完成一次乘加運算快16~30倍。簡單地說,就是DSP器件運算功能強,而單片機的事務處理能力強。DSP器件還提供了高度專業化的指令集,提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運算速度。此外,DSP器件提供JTAG(JointTest Action Group)介面,具有更先進的開發手段,批量生產測試更方便。

為了在電機控制市場搶占份額,各大DSP生產廠商紛紛推出自己的內嵌式DSP電機專用控制電路。如佔DSP市場份額45%的美國德州儀器公司,憑借自己的實力,推出電機控制器專用DSP-TMS320C24x(TMS320F24x片內ROM為可擦寫)。新的TMS320C24xDSP採用TI的T320C2xLP16位定點DSP核心,並集成了一個電機控制事件管理器,後者的特點是可以最佳方式實現對電機轉向的電子控制。該器件利用TI的可重用DSP核心技術,顯示出TI的特殊能力—通過在單一晶元上集成一個DSP核及其數字和混合信號外設件,製造出面向各種應用的DSP方案。TMS320C24x作為第一個數字電機控制器的專用DSP系列,可支持電機的轉向、指令的產生、控制演算法的處理、數據交流和系統監控等功能。集成化DSP核、最佳化電機控制器事件管理器和單片式A/D設計等諸多因素加在一起,就可提供一個單晶元式數字電機控制方案。系列中的TMS320C240包括一個20MIPS DSP核、一個事件管理器、兩個串列介面、一對10位A/D轉換器、一個32位數字I/O系統、一個監視計時器、一個低電壓監測器和一個16K字元快閃記憶體(TMS320F240型)。依靠兼容性實現系統升級。TMS320C240的編碼與TI的TMS320Clx,TMX320C2x,TMS230C2xx和TMS320C5x系列中的DSP相兼容。它利用TMS320的定點DSP軟體開發工具和JTAG模擬支持,從而可使電機控制器領域內的開發商方便地從微控制器升遷至新的DSP。美國模擬設備(AD)公司也不甘落後,與著名的英特爾(intel)公司合作,生產出ADMC3xx系列電機控制專用DSP,性能與TI公司的產品相差不大。也是基於AD公司的16位定點DSP核ADSP2171來設計的,此外還集成了三相PWM產生器(16位)和A/D轉換器。其它比較有名的生產DSP的廠商還有摩托羅拉公司(Motorola)和國家電器公司(NEC)。採用基於DSP的電機專用集成電路的另一個好處是,可以降低對感測器等外圍器件的要求。通過復雜的演算法達到同樣的控制性能,降低成本,可靠性高,有利於專利技術的保密。

有時,系統要求的人機交互、列印等控制較多,一個DSP不能勝任,這時可採用一個單片機來處理事務,一個DSP來處理運算的異型多處理器系統。但這樣做,既增加了兩個處理器之間同步和通信的負擔,又使系統實時性變壞,延長系統開發時間。這種情況下,採用Tricore是解決問題的好方法,它把微處理器、微控制器和數字信號處理器的能力集中於一塊晶元上,從而能單片解決遇到的大多數工程問題。

⑷ 永磁同步電機的控制策略

1 引言
近年來,隨著電力電子技術、微電子技術、新型電機控制理論和稀土永磁材料的快速發展,永磁同步電動機得以迅速的推廣應用。與傳統的電勵磁同步電機相比,永磁同步電機,特別是稀土永磁同步電機具有損耗少、效率高、節電效果明顯的優點。永磁同步電動機以永磁體提供勵磁,使電動機結構較為簡單,降低了加工和裝配費用,且省去了容易出問題的集電環和電刷,提高了電動機運行的可靠性;又因無需勵磁電流,沒有勵磁損耗,提高了電動機的效率和功率密度,因而它是近幾年研究較多並在各個領域中應用越來越廣泛的一種電動機。在節約能源和環境保護日益受到重視的今天,對其研究就顯得非常必要。因此。這里對永磁同步電機的控制策略進行綜述,並介紹了永磁同步電動機控制系統的各種控制策略發展方向。
2 永磁同步電動機的數學模型
當永磁同步電動機的定子通入三相交流電時,三相電流在定子繞組的電阻上產生電壓降。由三相交流電產生的旋轉電樞磁動勢及建立的電樞磁場,一方面切割定子繞組,並在定子繞組中產生感應電動勢;另一方面以電磁力拖動轉子以同步轉速旋轉。電樞電流還會產生僅與定子繞組相交鏈的定子繞組漏磁通,並在定子繞組中產生感應漏電動勢。此外,轉子永磁體產生的磁場也以同步轉速切割定子繞組。從而產生空載電動勢。為了便於分析,在建立數學模型時,假設以下參數:①忽略電動機的鐵心飽和;②不計電機中的渦流和磁滯損耗;③定子和轉子磁動勢所產生的磁場沿定子內圓按正弦分布,即忽略磁場中所有的空間諧波;④各相繞組對稱,即各相繞組的匝數與電阻相同,各相軸線相互位移同樣的電角度。
在分析同步電動機的數學模型時,常採用兩相同步旋轉(d,q)坐標系和兩相靜止(α,β)坐標系。圖1給出永磁同步電動機在(d,q)旋轉坐標系下的數學模型。
(1)定子電壓方程為:
式中:r為定子繞組電阻;p為微分運算元,p=d/dt;id,iq為定子電流;ud,uq為定子電壓;ψd,ψq分別為磁鏈在d,q軸上的分量;ωf為轉子角速度(ω=ωfnp);np為電動機極對數。
(2)定子磁鏈方程為:
式中:ψf為轉子磁鏈。
(3)電磁轉矩為:
式中:J為電機的轉動慣量。
若電動機為隱極電動機,則Ld=Lq,選取id,iq及電動機機械角速度ω為狀態變數,由此可得永磁同步電動機的狀態方程式為:
由式(7)可見,三相永磁同步電動機是一個多變數系統,而且id,iq,ω之間存在非線性耦合關系,要想實現對三相永磁同步電機的高性能控制,是一個頗具挑戰性的課題。
3 永磁同步電動機的控制策略
任何電動機的電磁轉矩都是由主磁場和電樞磁場相互作用產生的。直流電動機的主磁場和電樞磁場在空間互差90°,因此可以獨立調節;交流電機的主磁場和電樞磁場互不垂直,互相影響。因此,長期以來,交流電動機的轉矩控制性能較差。經過長期研究,目前的交流電機控制有恆壓頻比控制、矢量控制、直接轉矩控制等方案。
3.1 恆壓頻比控制
恆壓頻比控制是一種開環控制。它根據系統的給定,利用空間矢量脈寬調制轉化為期望的輸出電壓uout進行控制,使電動機以一定的轉速運轉。在一些動態性能要求不高的場所,由於開環變壓變頻控制方式簡單,至今仍普遍用於一般的調速系統中,但因其依據電動機的穩態模型,無法獲得理想的動態控制性能,因此必須依據電動機的動態數學模型。永磁同步電動機的動態數學模型為非線性、多變數,它含有ω與id或iq的乘積項,因此要得到精確的動態控制性能,必須對ω和id,iq解耦。近年來,研究各種非線性控制器用於解決永磁同步電動機的非線性特性。
3.2 矢量控制
高性能的交流調速系統需要現代控制理論的支持,對於交流電動機,目前使用最廣泛的當屬矢量控制方案。自1971年德國西門子公司F.Blaschke提出矢量控制原理,該控制方案就倍受青睞。因此,對其進行深入研究。
矢量控制的基本思想是:在普通的三相交流電動機上模擬直流電機轉矩的控制規律,磁場定向坐標通過矢量變換,將三相交流電動機的定子電流分解成勵磁電流分量和轉矩電流分量,並使這兩個分量相互垂直,彼此獨立,然後分別調節,以獲得像直流電動機一樣良好的動態特性。因此矢量控制的關鍵在於對定子電流幅值和空間位置(頻率和相位)的控制。矢量控制的目的是改善轉矩控制性能,最終的實施是對id,iq的控制。由於定子側的物理量都是交流量,其空間矢量在空間以同步轉速旋轉,因此調節、控制和計算都不方便。需藉助復雜的坐標變換進行矢量控制,而且對電動機參數的依賴性很大,難以保證完全解耦,使控制效果大打折扣。
3.3 直接轉矩控制
矢量控制方案是一種有效的交流伺服電動機控制方案。但因其需要復雜的矢量旋轉變換,而且電動機的機械常數低於電磁常數,所以不能迅速地響應矢量控制中的轉矩。針對矢量控制的這一缺點,德國學者Depenbrock於上世紀80年代提出了一種具有快速轉矩響應特性的控制方案,即直接轉矩控制(DTC)。該控制方案摒棄了矢量控制中解耦的控制思想及電流反饋環節,採取定子磁鏈定向的方法,利用離散的兩點式控制直接對電動機的定子磁鏈和轉矩進行調節,具有結構簡單,轉矩響應快等優點。DTC最早用於感應電動機,1997年L Zhong等人對DTC演算法進行改造,將其用於永磁同步電動機控制,目前已有相關的模擬和實驗研究。
DTC方法實現磁鏈和轉矩的雙閉環控制。在得到電動機的磁鏈和轉矩值後,即可對永磁同步電動機進行DTC。圖2給出永磁同步電機的DTC方案結構框圖。它由永磁同步電動機、逆變器、轉矩估算、磁鏈估算及電壓矢量切換開關表等環節組成,其中ud,uq,id,iq為靜止(d,q)坐標系下電壓、電流分量。
雖然,對DTC的研究已取得了很大的進展,但在理論和實踐上還不夠成熟,例如:低速性能、帶負載能力等,而且它對實時性要求高,計算量大。
3.4 解耦控制
永磁同步電動機數學模型經坐標變換後,id,iq之間仍存在耦合,不能實現對id和iq的獨立調節。若想使永磁同步電動機獲得良好的動、靜態性能,就必須解決id,iq的解耦問題。若能控制id恆為0,則可簡化永磁同步電動機的狀態方程式為:
此時,id與iq無耦合關系,Te=npψfiq,獨立調節iq可實現轉矩的線性化。實現id恆為0的解耦控制,可採用電壓型解耦和電流型解耦。前者是一種完全解耦控制方案,可用於對id,iq的完全解耦,但實現較為復雜;後者是一種近似解耦控制方案,控制原理是:適當選取id環電流調節器的參數,使其具有相當的增益,並始終使控制器的參考輸入指令id*=O,可得到id≈id*=0,iq≈iq*o,這樣就獲得了永磁同步電動機的近似解耦。圖3給出基於矢量控制和id*=O解耦控制的永磁同步電動機
調速系統框圖。
雖然電流型解耦控制方案不能完全解耦,但仍是一種行之有效的控制方法,只要採取較好的處理方式,也能得到高精度的轉矩控制。因此,工程上使用電流型解耦控制方案的較多。然而,電流型解耦控制只能實現電動機電流和轉速的靜態解耦,若實現動態耦合會影響電動機的控制精度。另外,電流型解耦控制通過使耦合項中的一項保持不變,會引入一個滯後的功率因數。
4 結語
上述永磁同步電動機的各種控制策略各有優缺點,實際應用中應當根據性能要求採用與之相適應的控制策略,以獲得最佳性能。永磁同步電動機以其卓越的性能,在控制策略方面已取得了許多成果,相信永磁同步電動機必然廣泛地應用於國民經濟的各個領域。

⑸ 控制演算法與電機控制的關系

照你這么說演算法和控制應該是一樣的吧,都是指:運行在計算處理器中的軟體程序。這些程序一般由定時器定時觸發,每跑一次程序就生成一個新的指令,由處理器輸送給電機驅動。比較普遍的處理器周期都是1-10kHz (0.1-1豪秒),並且和電機驅動中的功率電力電子器件的開關頻率吻合。
電機驅動是功率器件,把處理器的控制信號(信號級別,通常是占空比或者PWM信號)輸入到電力電子器件的門極上。電力電子器件在控制信號的作用下,可以對大電流、高電壓的功率級別進行動作。功率電信號用功率電線送到電機里。
演算法模型和所有公式都是在單片機、PLC裡面運行的。時域演算法(PI、PID之類的)可以進行離散化(Z變換)得到離散的控制關系,然後編相應的程序。這個離散化的采樣頻率就是程序的處理周期(0.1-1毫秒)。總之這些軟硬體的東西都是關聯的。
至於時域演算法如何得到,那需要知道電機的模型和你要控制的是什麼。電機驅動一般是電壓型輸出。所以你最終結果是得到一個電機控制電壓。電壓信號輸出到電機驅動,一般需要一個PWM控制,例如正弦調制SPWM,或者矢量控制SVPWM。在電壓基礎上,如果想控制電流,那麼一個PI就可以(電流控制器),輸入是電流反饋,輸出是電壓。如果想控制轉矩,轉矩和電流是對應的。所以另外一個模塊要加在電流控制器之前,這個模塊輸入是轉矩,輸出電流,模塊本身不是反饋控制,是比例放大。如果想控制速度,那需要在轉矩模塊之前再加一個速度模塊,輸入是速度,輸出是轉矩,這個模塊可以是PI。這些具體的東西不是一兩天可以弄懂的,我只是給你大概說一下。
至於硬體電路,一般是我上面說的電機驅動以及它內部的電壓、電流、溫度檢測、電力電子器件、保護措施。
電機上一般也有一個位置感測器,用於反饋控制信號給單片機,這個位置信號在交流電機里是用來做dq變換的,或者叫park變換。這個是交流轉化為直流控制的重要步驟。

⑹ 尋找一個電機控制又快又準的演算法,需要快速響應.

首先你的電機是不是能達到10ms內速度從0r/min迅速提高到5000r/min,用兩台光電編碼器定義電機輸出又快又准
再看看別人怎麼說的。

⑺ 如何提高電機的效率

這些問題可以通過智能控制來克服,智能控制可以從兩個方面大大提高電機的效率。首先,智能控制採用了先進的演算法來提高電機的運行性能。最常見的方法是對AC感應電機的運行進行矢量控制,可以讓電機採用合理的尺寸,以實現最優的效率。此外,速度可調也使系統能以更高的效率運行。例如,一個矢量控制的可調速驅動可避免使用傳動,從而減少系統機械部件帶來的能量損耗。 其次,由於系統採用智能控制,就有可能將現有的電機更換為效率更高的電機。在電器中逐步採用永磁電機就是這一發展趨勢的體現。 永磁同步電機從本質上來說比AC感應電機的效率更高,因為它們沒有後者與感應轉子電流相關的傳導損耗,它們還具有更優良的機械特性,如力矩紋波更低、運行更加安靜,而且在產生同樣的機械功率輸出時,它們的體積更小。開關磁阻電機在一個固定或者中度變速的應用中也可以表現出極高的效率,而這些應用需要DSP控制器才具備精確、復雜控制能力。 所有這些解決方案都有一個共同點:它們利用了密集的數值計算來提高系統的性能。矢量控制演算法需要先對轉子磁通量的方位進行測量或者預測,然後對一個多相繞組產生的定子通量位置進行優化,在給定的通量結構下產生最大的力矩。對於一台永磁電機而言,定子通量需要隔開90度(電角度),這是產生力矩的最佳方式。

⑻ 步進電機有哪些控制策略

步進電機的控制策略:
1、PID控制
PID控製作為一種簡單而實用的控制方法,在步進電機驅動中獲得了廣泛的應用。它根據給定值r(t)與實際輸出值c(t)構成控制偏差e(t),將偏差的比例、積分和微分通過線性組合構成控制量,對被控對象進行控制。文獻將集成位置感測器用於二相混合式步進電機中,以位置檢測器和矢量控制為基礎,設計出了一個可自動調節的PI速度控制器,此控制器在變工況的條件下能提供令人滿意的瞬態特性。文獻根據步進電機的數學模型,設計了步進電機的PID控制系統,採用PID控制演算法得到控制量,從而控制電機向指定位置運動。最後,通過模擬驗證了該控制具有較好的動態響應特性。採用PID控制器具有結構簡單、魯棒性強、可靠性高等優點,但是它無法有效應對系統中的不確定信息。
目前,PID控制更多的是與其他控制策略相結合,形成帶有智能的新型復合控制。這種智能復合型控制具有自學習、自適應、自組織的能力,能夠自動辨識被控過程參數,自動整定控制參數,適應被控過程參數的變化,同時又具有常規PID控制器的特點。
2、自適應控制
自適應控制是在20世紀50年代發展起來的自動控制領域的一個分支。它是隨著控制對象的復雜化,當動態特性不可知或發生不可預測的變化時,為得到高性能的控制器而產生的。其主要優點是容易實現和自適應速度快,能有效地克服電機模型參數的緩慢變化所引起的影響,是輸出信號跟蹤參考信號。文獻研究者根據步進電機的線性或近似線性模型推導出了全局穩定的自適應控制演算法,這些控制演算法都嚴重依賴於電機模型參數。文獻將閉環反饋控制與自適應控制結合來檢測轉子的位置和速度,通過反饋和自適應處理,按照優化的升降運行曲線,自動地發出驅動的脈沖串,提高了電機的拖動力矩特性,同時使電機獲得更精確的位置控制和較高較平穩的轉速。
目前,很多學者將自適應控制與其他控制方法相結合,以解決單純自適應控制的不足。文獻設計的魯棒自適應低速伺服控制器,確保了轉動脈矩的最大化補償及伺服系統低速高精度的跟蹤控制性能。文獻實現的自適應模糊PID控制器可以根據輸入誤差和誤差變化率的變化,通過模糊推理在線調整PID參數,實現對步進電機的自適應控制,從而有效地提高系統的響應時間、計算精度和抗干擾性。
3、矢量控制
矢量控制是現代電機高性能控制的理論基礎,可以改善電機的轉矩控制性能。它通過磁場定向將定子電流分為勵磁分量和轉矩分量分別加以控制,從而獲得良好的解耦特性,因此,矢量控制既需要控制定子電流的幅值,又需要控制電流的相位。由於步進電機不僅存在主電磁轉矩,還有由於雙凸結構產生的磁阻轉矩,且內部磁場結構復雜,非線性較一般電機嚴重得多,所以它的矢量控制也較為復雜。文獻[8]推導出了二相混合式步進電機d-q軸數學模型,以轉子永磁磁鏈為定向坐標系,令直軸電流id=0,電動機電磁轉矩與iq成正比,用PC機實現了矢量控制系統。系統中使用感測器檢測電機的繞組電流和轉自位置,用PWM方式控制電機繞組電流。文獻推導出基於磁網路的二相混合式步進電機模型,給出了其矢量控制位置伺服系統的結構,採用神經網路模型參考自適應控制策略對系統中的不確定因素進行實時補償,通過最大轉矩/電流矢量控制實現電機的高效控制。
4、智能控制的應用
智能控制不依賴或不完全依賴控制對象的數學模型,只按實際效果進行控制,在控制中有能力考慮系統的不確定性和精確性,突破了傳統控制必須基於數學模型的框架。目前,智能控制在步進電機系統中應用較為成熟的是模糊邏輯控制、神經網路和智能控制的集成。
4.1模糊控制
模糊控制就是在被控制對象的模糊模型的基礎上,運用模糊控制器的近似推理等手段,實現系統控制的方法。作為一種直接模擬人類思維結果的控制方式,模糊控制已廣泛應用於工業控制領域。與常規控制相比,模糊控制無須精確的數學模型,具有較強的魯棒性、自適應性,因此適用於非線性、時變、時滯系統的控制。文獻[16]給出了模糊控制在二相混合式步進電機速度控制中應用實例。系統為超前角控制,設計無需數學模型,速度響應時間短。
4.2神經網路控制
神經網路是利用大量的神經元按一定的拓撲結構和學習調整的方法。它可以充分逼近任意復雜的非線性系統,能夠學習和自適應未知或不確定的系統,具有很強的魯棒性和容錯性,因而在步進電機系統中得到了廣泛的應用。文獻將神經網路用於實現步進電機最佳細分電流,在學習中使用Bayes正則化演算法,使用權值調整技術避免多層前向神經網路陷入局部極小點,有效解決了等步距角細分問題。

⑼ 電機的控制演算法

選用直流或則同步伺服電機,啟動慣性小,啟動轉矩大,可以快速加速,然後設置好電流環參數,減小電流環慣性系數,應當可以達到要求。如果在平衡點想力求快速平穩控制可以考慮其他高級控制演算法,如最優控制,模糊PID控制等
給電流環階躍信號,如果他能快速上升且產生微弱超調或者不超調,這樣的PI參數就可以,個人認為i參數不必設的挺大,甚至去掉就可以;可以加D參數,它能提高速度環的反應速度。電流環加PI兩個參數就可

⑽ 步進電機如何控制 如何實現前進一步一個脈沖前進一步還是需要驅動

只要按照步進電機的資料提供環形分配信號給功率放大電路,使得電機繞組按一定規律循環通斷電。控制電路每接收一個脈沖,就步進電機就可以每改變一次通斷電狀態運行一步。不過電機轉起來比較容易,但要轉好,還需要復雜的控制演算法。英納仕的EZM系列步進驅動系統就通過復雜的精密電流控制和振動抑制技術,使得步進電機固有的中低速振動得到極大改善。

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