阅读说明：本技术 一种电机电流环pi控制器参数自整定方法 (Motor current loop PI controller parameter self-tuning method ) 是由 张田飞 王梦柯 魏世克 于 2020-11-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电机电流环PI控制器参数自整定方法,用于电机电流环PI控制器参数的自整定；包括：首先在开环模式下,给电机施加电压指令,以PWM的开关周期为采样周期采样电机的电流,得到一段时间内的电机电流序列；其次,对得到的电流序列做处理后,得到电流序列内主导频率成分的周期和幅值,计算得到电流环PI控制器的增益；最后根据Z-N自整定规律计算得到PI控制器的比例系数和积分系数。本方法简洁方便,省去了人工参数调节的不足,可以快速准确的完成电机电流环PI控制器参数的整定。(The invention relates to a motor current loop PI controller parameter self-tuning method, which is used for self-tuning of motor current loop PI controller parameters; the method comprises the following steps: firstly, under an open-loop mode, applying a voltage instruction to a motor, and sampling the current of the motor by taking the switching period of PWM as a sampling period to obtain a motor current sequence within a period of time; secondly, after the obtained current sequence is processed, the period and the amplitude of a main guide frequency component in the current sequence are obtained, and the gain of the current loop PI controller is obtained through calculation; and finally, calculating according to the Z-N self-setting rule to obtain a proportional coefficient and an integral coefficient of the PI controller. The method is simple and convenient, the defect of manual parameter adjustment is overcome, and the parameter setting of the motor current loop PI controller can be completed quickly and accurately.)

一种电机电流环PI控制器参数自整定方法

技术领域

本发明属于电机控制领域，涉及一种电机电流环PI控制器参数自整定方法。

背景技术

电流环是电机驱动器中的最内环，电流内环的性能决定了整个电机系统的性能。PI控制器是电流环最常用的控制器，PI控制器的参数决定了电流环的性能。工程上常用的PI控制器整定方法有人工调节法和自整定法。人工调节法费时费力，需要工作者有较强的工程经验。自整定法分为基于模型的参数辨识法和不基于模型的方法。基于模型的参数辨识方法需要辨识的参数足够精确，不适合于系统参数变化的场合。不基于模型的方法，整定的参数适应性强、鲁棒性高。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种电机电流环PI控制器参数自整定方法，采用不基于模型的参数自整定策略，减少了人工调节的时间，相比于基于模型参数辨识的自整定策略，整定的参数适应性强、鲁棒性高。

技术方案

一种电机电流环PI控制器参数自整定方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在开环状态下，给电机施加电压指令u＝h，以PWM周期T为采样周期采集电机电流i，当i>I，I>0时，施加电压指令u＝-h，当i<-I时，施加电压指令为u＝h，采集大于10秒的电机电流，得到原始电机电流序列i(k)；

所述电压指令h为h≥3×R×I，R为电机的标称电阻值，I为电流切换阈值，I≥5×ΔI；△I为电机电流采样的分辨率；

步骤2：对原始电机电流序列i(k)进行低通滤波处理，得到滤波处理后的电机电流序列i^/(k)；对电机电流序列i^/(k)做快速傅里叶变换，得到电机电流序列i^/(k)频域成分上主导频域部分的周期Tu和幅值d；

步骤3：采用继电反馈法对周期Tu和幅值d进行数据处理，得到电机电流环PI控制器的增益Ku；再采用Z-N控制器整定规律，计算得到电机电流环PI控制器的比例系数Kp积分系数Ki：

其中：d为滤波后电机电流序列i^/(k)快速傅里叶变换得到的主导频率成分的幅值，Tu为滤波后电机电流序列i^/(k)快速傅里叶变换得到的主导频率成分的周期。

所述步骤2的低通滤波处理为：i^/(k)＝α×i(k)+(1-α)×i^/(k-1)，α为低通滤波系数。

有益效果

本发明提出的一种电机电流环PI控制器参数自整定方法，用于电机电流环PI控制器参数的自整定；包括：首先在开环模式下，给电机施加电压指令，以PWM的开关周期为采样周期采样电机的电流，得到一段时间内的电机电流序列；其次，对得到的电流序列做处理后，得到电流序列内主导频率成分的周期和幅值，计算得到电流环PI控制器的增益；最后根据Z-N自整定规律计算得到PI控制器的比例系数和积分系数。本方法简洁方便，省去了人工参数调节的不足，可以快速准确的完成电机电流环PI控制器参数的整定。

附图说明

图1是电机电流环控制框图。

图2是电机电流环PI控制器参数自整定流程。

图3是电机施加的电压指令示意图。

图4是电机施加的电压和电机电流响应曲线。

图5是电机电流序列的处理流程图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

具体实施案例中，电机标称电阻R＝2.49Ω，额定电压24V，驱动器电流采样分辨率5mA，电流环期望闭环带宽f＝1kHZ。

如图1所示，为电机电流环的控制框图，电机电流环采用PI控制器。

如图2所示，本发明一种电机电流环PI控制器参数自整定方法，包括以下步骤：

步骤1，如图3所示，在开环状态下，开始给电机施加电压指令u＝h(h>0)，以PWM周期T为采样周期采集电机电流i，此后根据电流i的情况施加不同的电压指令，当i>I(I>0)时，施加电压指令u＝-h，当i<-I时，施加电压指令为u＝h，采集保存一段时间内的电流电流，得到原始电机电流序列i(k)，电流响应曲线如图4所示；

步骤2，如图5所示，对步骤1采集到的电机电流序列i(k)做低通滤波处理，得到滤波处理后的电机电流序列i^/(k),对电机电流序列i^/(k)做快速傅里叶变换，得到电机电流序列i^/(k)频域成分上主导频域部分的周期Tu和幅值d；

步骤3，根据继电反馈法的数据处理方式，得到电机电流环PI控制器的增益Ku，再根据Z-N控制器整定规律，计算得到电机电流环PI控制器的比例系数Kp和积分系数Ki。

步骤1中，电压指令h和电流切换阈值I按下式选择，

其中，△I为电机电流采样的分辨率，R为电机的标称电阻值。根据实施案例电流采样分辨率5mA，实施案例中I取0.1A，指令电压h取1V。电机施加电压指令后得到电机电流曲线如图4所示。

步骤2中，原始电机电流序列i(k)按下式进行低通滤波处理得到滤波处理后的电机电流序列i^/(k)，

i^/(k)＝α×i(k)+(1-α)×i^/(k-1)

其中，α为低通滤波系数，其选取与电机电流环的期望带宽有关，对于实施案例中电流环期望带宽f＝1kHZ，则α取

步骤3中，电机电流环PI控制器的增益Ku按继电反馈法数据处理方式获得，电机电流环PI控制器的比例系数Kp和积分系数Ki按Z-N控制器整定规律计算，如下式，

其中，h为步骤1施加的电压指令的幅值，d为滤波后电机电流序列i^/(k)快速傅里叶变换得到的主导频率成分的幅值，Tu为滤波后电机电流序列i^/(k)快速傅里叶变换得到的主导频率成分的周期。