PID直流无刷电机驱动器中的应用

来源:   2019-02-17   浏览:1941

无刷直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性:闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差率(额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比)要小得多;当要求的静差率相同时,闭环调速系统的调速范围可以大大提高。

闭环速度调节器采用比例积分微分控制(简称PID控制),其输出是输入的比例、积分和微分的函数。PID调节器控制结构简单,参数容易整定,不必求出被控对象的数学模型,因此PID调节器得到了广泛的应用。PID调节器虽然易于使用,但在设计、调试直流无刷电机控制器的过程中应注意:PID调节器易受干扰、采样精度的影响,且受数字量上下限的影响易产生上下限积分饱和而失去调节作用。所以,在不影响控制精度的前提下对PID控制算法加以改进,关系到整个无刷直流电机控制器设计的成败。当电机转速的设定值突然改变,或电机的转速发生突变时,会引起偏差的阶跃,使|E(k)|增大,PID的输出P(k)将急剧增加或减小,以至于超过控制量的上下限Pmax,此时的实际控制量只能限制在Pmax,直流无刷电机的转速M(k)虽然不断上升,但由于控制量受到限制,其增长的速度减慢,偏差E(k)将比正常情况下持续更长的时间保持在较大的偏差值,从而使得PID算式中的积分项不断地得到累积。当电机转速超过设定值后,开始出现负的偏差,但由于积分项已有相当大的累积值,还要经过相当一段时间后控制量才能脱离饱和区,这就是正向积分饱和,反向积分饱和与此类似。解决的办法:一是缩短PID的采样周期(这一点单片机往往达不到),整定合适的PID参数;二是对PID算法进行改进,可以采用非线性变速积分PID算法。

直流无刷电机由于采用电子换向,PWM调速,具有良好的调速性能,无级调速、调速范围宽、低速性能好、高起动转矩、高效率等优点。近年来已广泛应用于家电、汽车、数控机床、机器人,通道闸门禁,移动机器人底盘等领域。