專利名稱：開關磁阻電機控制器的速度調節方法及速度調節器的制作方法
技術領域：
本發明涉及開關磁阻電機驅動領域，具體涉及一種開關磁阻電機控制器的速度調節方法及速度調節器。
背景技術：
目前開關磁阻電機控制器的速度調節器，例如，PI或PID調節器，無法滿足開關磁 阻電機的性能要求，參數(包括慣量負載及阻力負載等)調整非常困難，特別是很難同時滿 足各個指標，動態性能和靜態性能差。在動態性能方面，開關磁阻電機無法很快跟蹤響應開 關磁阻電機的給定轉速。開關磁阻電機在調整過程中，會出現超調現象(即會超過給定轉 速或小于給定轉速)等。在靜態性能方面，開關磁阻電機在調整速度的過程中，不能有效穩 定運行在一設定轉速，導致開關磁阻電機在運行過程中，運行速度的波動范圍大。圖3給出了現有PID調節器產生超調現象的示意圖，其中，Vl表示開關磁阻電機 的實際轉速，V2表示開關磁阻電機的給定轉速及Tl表示現有PID調節器輸出的轉矩。由 圖3可知，開關磁阻電機在調整過程中，Vl和V2偏差較大，出現了超調現象及在開關磁阻 電機在調整速度過程中，不能有效穩定運行在一設定轉速，運行速度的波動范圍大。

發明內容
本發明的目的之一是提供改善開關磁阻電機運行動態性能和靜態性能的一種開 關磁阻電機控制器的速度調節方法及速度調節器。根據本發明一個方面，提供一種開關磁阻電機控制器的速度調節方法，可包括對給定轉速和實際轉速之間的偏差值進行PID運算得到第一轉矩；將給定轉速對時間進行微分處理得到第二轉矩，以補償開關磁阻電機在速度變化 時增加或減少的轉矩輸出；將所述第一轉矩及所述第二轉矩進行求和處理，得到第三轉矩。根據本發明另一個方面，提供一種開關磁阻電機控制器的速度調節器，可包括PID運算器，對給定轉速和實際轉速之間的偏差值進行PID運算得到第一轉矩；加速度補償器，將給定轉速對時間進行微分處理得到第二轉矩，以補償開關磁阻 電機在速度變化時增加或減少的轉矩輸出；第一加法器，將所述第一轉矩及所述第二轉矩進行求和處理，得到第三轉矩。通過本發明，可改善開關磁阻電機運行的動態性能和靜態性能。


圖1是本發明實施例提供的開關磁阻電機控制器的速度調節方法的流程示意圖。圖2是本發明實施例提供的開關磁阻電機控制器的速度調節器的結構示意圖。圖3是現有開關磁阻電機控制器的速度調節器存在超調問題的示意圖。圖4是通過本發明實施例提供的開關磁阻電機控制器的速度調節器消除超調問題的示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明實施例提供的開關磁阻電機控制器的速度調節方法，包括步驟Si、在開關磁阻電機運行中，對給定轉速(在開關磁阻電機控制器內部，給定 轉速ν由開關磁阻電機控制器中的斜波發生器產生)和實際轉速之間的偏差值進行PID運 算得到第一轉矩。其中，P是比例運算，即將偏差值乘上一個比例系數。I是積分運算，即將 偏差值對時間求積分。D是微分運算，即將偏差值對時間求微分，第一轉矩是三個運算結果 之和。步驟S2、將給定轉速對時間進行微分處理得到第二轉矩，以補償開關磁阻電機在 速度變化時，在轉動慣量上增加(速度上升時)或減少(速度下降時)的轉矩。其中，第二 轉矩=KlXdv/dt ；Kl為開關磁阻電機傳動系統的轉動慣量；ν為達到電機目標轉速(可由 用戶設定)的給定轉速(在開關磁阻電機控制器內部，給定轉速ν由開關磁阻電機控制器 中的斜波發生器產生)；t為時間。第二轉矩提供開關磁阻電機加減速時所需的轉矩，這樣 就大大加快了電機加減速過程的響應。另外，在加減速過程中，由于沒有PID運算參與調 節，這樣使的電機速度的超調量大大減少。步驟S3、將第一轉矩及第二轉矩進行求和處理，得到第三轉矩。步驟S4、生成一固定補償轉矩并增加到第三轉矩，以補償開關磁阻電機運行過程 中的因固體阻力(如摩擦力或重力)而造成的轉矩損失。其中，固定補償轉矩包括根據速度 調節器轉向而選擇的正轉補償轉矩和反轉補償轉矩，或根據實際需要選擇的一轉矩定值。執行以上步驟以后，開關磁阻電機輸出的最終轉矩即是第三轉矩和固定補償轉矩 之和。如圖2所示，本發明實施例提供的開關磁阻電機控制器的速度調節器，包括減法 器10，PID運算器20，加速度補償器30，第一加法器40，預置補償器50及第二加法器60。其中，減法器10接收給定轉速和實際轉速，并進行減法處理得到給定轉速和實際 轉速之間的偏差值，并將偏差值輸至PID運算器20。PID運算器20對給定轉速和實際轉速之間的偏差值進行PID運算得到第一轉矩； PID運算器20包括比例與積分運算器201和微分運算器202。其中，比例與積分運算器201 對偏差值依次進行比例運算和積分運算。微分運算器202對偏差值對時間進行微分運算。加速度補償器30將給定轉速對時間進行微分處理得到第二轉矩，以補償開關磁 阻電機在速度變化時，在轉動慣量上增加(速度上升時)或減少(速度下降時)的轉矩。第 二轉矩=KlXdv/dt ；Kl為開關磁阻電機傳動系統的轉動慣量；ν為達到電機目標轉速(可 由用戶設定)的給定轉速(在開關磁阻電機控制器內部，給定轉速ν由開關磁阻電機控制 器中的斜波發生器00產生)；t為時間。在加速度補償器30運行過程中，由于不需要PID 運算器20的參與，而提供開關磁阻電機加減速時所需的轉矩，大大加快了電機加減速過程 的響應。另外，在加減速過程結束中，由于不需要PID運算器20參與，這樣使的電機速度的 超調量大大減少。第一加法器40，將第一轉矩及第二轉矩進行求和處理，得到第三轉矩。預置補償器50，生成一固定補償轉矩，以補償開關磁阻電機運行過程中因固定阻力(如摩擦力或重力)所消耗的轉矩。固定補償轉矩包括根據速度調節器轉向而選擇的正 轉補償轉矩、反轉補償轉矩或根據實際需要選擇的一轉矩定值。 第二加法器60，將第三轉矩和固定補償轉矩進行求和處理，以得到最終轉矩。下面結合一具體實施例對開關磁阻電機控制器的速度調節器進行說明。假設傳動 系統的轉動慣量為K1，測試的固定阻力為K，并以摩擦力為實例。若給定轉速為V，開關磁阻 電機實際轉向為m(l表示正轉，-1表示反轉)，PID運算器30運算輸出的轉矩為TPID。經 過加速度補償器30補償的轉矩為TACC。經過預置補償器50補償的固定補償轉矩為TSET。 因此最終轉矩 Tout = TPID+TACC+TSET。其中 TACC = Kl X dv/dt, TSET = mXK，故 Tout = TPID+KlXdv/dt+mXK。其中，轉動慣量和摩擦力可通過實際測試得到相應參數。測試方法是先關閉加速 度補償器30和預置補償器50，只采用PID運算器20控制，斷開工作載荷，運行電機并觀察 當前轉矩，在加速過程中的轉矩為Tl，加速時間為t2，穩定速度為V2，穩定運行時的轉矩設 定值為T2，則傳動系統的摩擦力K = T2，轉動慣量Kl = (T1-T2) Xt2 + V2。圖4給出了本發明實施例提供的速度調節器調節后消除超調現象的示意圖。由圖 4(相對于圖3)可知，經本速度調節器調節后，Vl和V2偏差很小，開關磁阻電機的實際轉速 Vl和開關磁阻電機的給定轉速V2基本保持一致。另外，開關磁阻電機能有效穩定運行在一 設定轉速，運行速度的波動范圍很小。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種開關磁阻電機控制器的速度調節方法，其特征在于，包括對開關磁阻電機的給定轉速和開關磁阻電機的實際轉速之間的偏差值進行PID運算得到第一轉矩；將所述給定轉速對時間進行微分處理得到第二轉矩，以補償開關磁阻電機在速度變化時增加或減少的轉矩輸出；將所述第一轉矩及所述第二轉矩進行求和處理，得到第三轉矩。
2.根據權利要求1所述的調節方法，其特征在于，還包括生成一固定補償轉矩并增加到所述第三轉矩，以補償開關磁阻電機運行過程中的因固 定阻力而造成的轉矩損失。
3.根據權利要求2所述的調節方法，其特征在于所述固定補償轉矩包括根據開關磁阻電機轉向而選擇的正轉補償轉矩、反轉補償轉矩 或一轉矩定值。
4.根據權利要求1至3任一項所述的調節方法，其特征在于所述進行微分處理得到所述第二轉矩=KlXdv/dt ；所述K1為開關磁阻電機傳動系統 的轉動慣量；所述v為給定轉速；所述t為時間。
5.根據權利要求4所述的調節方法，其特征在于 所述的v由開關磁阻電機控制器中的斜波發生器產生。
6.一種開關磁阻電機控制器的速度調節器，其特征在于，包括 PID運算器，對給定轉速和實際轉速之間的偏差值進行PID運算得到第一轉矩； 加速度補償器，將給定轉速對時間進行微分處理得到第二轉矩，以補償開關磁阻電機 在速度變化時增加或減少的轉矩輸出；第一加法器，將所述第一轉矩及所述第二轉矩進行求和處理，得到第三轉矩。
7.根據權利要求6所述的速度調節器，其特征在于所述第二轉矩=KlXdv/dt ；所述K1為開關磁阻電機傳動系統的轉動慣量；所述v為 給定轉速；所述t為時間。
8.根據權利要求6所述的速度調節器，其特征在于，所述PID運算器包括 比例與積分運算器，對所述偏差值依次進行比例運算和積分運算； 微分運算器，對所述偏差值對時間進行微分運算。
9.根據權利要求6所述的速度調節器，其特征在于，還包括預置補償器，生成一固定補償轉矩，以補償開關磁阻電機運行過程中因固定阻力所消耗的轉矩。第二加法器，將所述第三轉矩和所述固定補償轉矩進行求和處理，以得到最終轉矩。
10.根據權利要求6至9任一項所述的速度調節器，其特征在于，還包括 減法器，接收所述給定轉速和所述實際轉速，并進行減法處理得到給定轉速和實際轉 速之間的偏差值。
全文摘要
本發明公開了一種開關磁阻電機控制器的速度調節方法，包括對給定轉速和實際轉速之間的偏差值進行PID運算得到第一轉矩；將給定轉速對時間進行微分處理得到第二轉矩，以補償開關磁阻電機在速度變化時增加或減少的轉矩輸出；將所述第一轉矩及所述第二轉矩進行求和處理，得到第三轉矩。本發明還公開一種開關磁阻電機控制器的速度調節器，包括PID運算器，加速度補償器及第一加法器。通過本發明可改善開關磁阻電機運行的動態性能和靜態性能。
文檔編號H02P6/08GK101989826SQ200910305279
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月6日 優先權日2009年8月6日
發明者馬良玉 申請人:北京中紡銳力機電有限公司