一种直流电机角位移PID控制方法

摘要

本发明公开了一种直流电机角位移PID控制方法，属直流电机控制领域。该控制方法所使用的控制系统包括：控制器、功率驱动单元、被控制对象和角位移检测传感器，其中：控制器包括比较器、比例器、积分器、微分器和加法器，被控制对象包括直流电机和机械负载；该控制方法包括：识别被控制对象的等效阻尼参数D和等效惯量参数I及调整控制器的比例控制参数K_P、积分控制参数K_I和微分控制参数K_D。本发明控制系统在调试时，控制器参数可以有的放矢进行调整，遏制了PID控制器参数调整的盲目性，节省时间和精力，并能取得最佳的角位移控制效果。

主权项

1、一种直流电机角位移PID控制方法，其特征在于：该控制方法所使用的控制系统包括控制器(110)、功率驱动单元(120)、被控制对象(130)和角位移检测传感器(140)，其中：控制器(110)包括比较器(111)、比例器(112)、积分器(113)、微分器(114)和加法器(115)；被控制对象(130)包括直流电机(131)和机械负载(132)；比较器(111)接收角位移指令信号，比较器(111)的输出端分别接比例器(112)、积分器(113)和微分器(114)的输入端，比例器(112)、积分器(113)和微分器(114)的输出端均接加法器(115)的输入端，加法器(115)的输出端接功率驱动单元(120)的输入端，功率驱动单元(120)的输出端接直流电机(131)的输入端，直流电机(131)的输出端接机械负载(132)的输入端，机械负载(132)一路输出角位移输出信号，另一路输出信号到角位移检测传感器(140)的输入端，角位移检测传感器(140)的输出端接比较器(111)的输入端；该控制方法包括如下步骤：(1)识别被控制对象的等效阻尼参数D和等效惯量参数I，包括如下步骤：a.将幅值为M的阶跃信号输入到功率驱动单元(120)，驱动被控制对象(130)运转，由角位移检测传感器(140)测量被控制对象(130)的角位移输出信号，并记录阶跃信号和角位移输出信号随时间变化的过程；b.建立角位移输出信号与时间关系的坐标系，沿角位移输出信号曲线的直线部分作一条直线l相交于时间轴；c.读出直线l与时间轴相交时的时间值T；d.测量直线l的斜率K；e.将阶跃输入信号幅值M除以直线l的斜率K，得到被控制对象等效阻尼参数D；f.将被控制对象等效阻尼参数D乘以时间值T，得到被控制对象等效惯量参数I；其中：阶跃信号是控制器(110)中的加法器(115)的输出信号；(2)调整控制器的比例控制参数K_P、积分控制参数K_I和微分控制参数K_D，包括如下步骤：a.根据所选设备确定所选功率驱动单元(120)能够输出的最大功率P_max；b.根据实际需要设定在线性范围内最大角位移值Θ_ml；c.调整控制器的比例控制参数$K_P=\frac{P_{\max }}{{\Theta }_{\mathrm{ml}}};$d.调整控制器的积分控制参数$K_I=\frac{K_P}{9\times I}\sqrt{3{\mathrm{IK}}_P};$e.调整控制器的微分控制参数$K_D=\sqrt{3{\mathrm{IK}}_P}-D.$