【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机控制，涉及一种电机电流环pi参数的调节方法，具体涉及一种使用带宽和阻尼比调节电流环pi参数的方法。
技术介绍
1、在工业电机控制领域，电机控制一般包括三个控制环路，从内到外依次为电流环、速度环和位置环。现有的pi参数调节专利，例如cn102426417b、cn104993764b、cn108631674b、cn109802609a、cn113517836b和cn113824375b，主要涉及速度环和位置环的一种或两种pi参数的整定。而电流环控制是至关重要的一环，电流环控制旨在确保电机输出的电流在设定值附近稳定运行，从而实现电机系统在各种负载条件下的可靠性和稳定性。以agv(automated guided vehicle自动导向车)为代表的负载大且负载变化频繁工况，对于力矩稳定和快速响应两方面的要求都较高，而这两者在一定程度上是互斥的，对电流环控制提出了更高要求。在实际应用中，通常采用pi(比例-积分)控制器来实现电流环控制，这是因为pi控制器结构简单、稳定性好且易于实现。
2、尽管pi控制器被广泛应用于工业电机控制系统中，但在参数调节方面仍存在一些挑战。当前工业实践中，多采用传统的盲调策略进行pi参数调试，但此方法存在着一些明显的问题。盲调策略的主要缺点之一是无法对控制效果进行量化评估，调试人员往往根据对p(比例)和i(积分)等参数对控制效果的理解和认识进行参数调节。调试人员多通过上升时间和超调等参数选择pi参数，但对电流环的稳定性无法直接量化判断。这种调节方式容易受到调试人员个人经验、主观判断和
3、与盲调策略相比，基于理论模型的参数调节方法虽然在一定程度上解决了盲调带来的问题，但仍然存在着一些挑战。电机系统常常受到非线性和时变性的影响，理论模型往往难以准确描述系统行为，导致参数调节的精度不足。此外，理论模型的调节方法往往忽略了许多环节和干扰因素，如摩擦力、惯性等，使得调节结果与实际情况可能存在较大差异。最终理论计算的参数在实际应用时往往需要重新调试。
4、前述两种调试电机控制中电流环pi参数的方法，最后都是通过结合实际情况，使用盲调方式才能最终保证电机的可靠运行。以上两种调试pi参数的方式，不仅低效，而且无法同时量化电流环的快速性与稳定性。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题：基于理论计算的pi参数无法直接使用，还是需要结合实际工况重新调试；对pi参数进行盲调，调节效果和调节时间多取决于调试人员的经验，pi参数的控制效果无法量化。本专利技术的目的是提供一种使用带宽和阻尼比调节电流环pi参数的方法，首先获取电流环闭环传递函数的性能参数，并使用获取的性能参数表征对应pi参数下电流环的快速性与稳定性，从而对pi参数进行整定及优化。本专利技术的目的通过以下具体技术方案实现。
2、一种使用带宽和阻尼比调节电流环pi参数的方法，包括以下步骤：
3、s1基于理论模型计算电流环pi参数，获得特定pi参数；
4、s2采用恒定定子电流方式，获取特定pi参数下的电流环阶跃响应波形；
5、s3基于标准二阶系统单位阶跃响应的数学模型，对电流波形进行拟合获取性能参数；
6、s4基于带宽和阻尼比判断当前pi参数是否合适，合适则使用此pi参数；不合适则对pi参数进行调整，然后返回步骤s2。
7、以下对主要步骤做详细描述。
8、(1)获得特定pi参数
9、结合工程设计方法，将电流环开环传递函数整定为典型ⅰ型系统，电流环的理论pi参数可仅由电机自身参数和开关周期时间决定，计算得到该理论值作为电流环pi参数的初始给定。
10、(2)获取电流环阶跃响应波形
11、当电机处于零位时，三相电流中，若a相电流为幅值i，则b、c相电流为幅值的一半。此时，合成电流的方向将会与a相同向，即定子磁动势方向与a相同向。如果定子电流矢量保持恒定，在定子磁场的作用下，转子磁场方向将会与a相重合。基于clark变换和park变换，可得到d-q坐标系下的电流：
12、
13、因此，当电流环d轴电流一定，q轴电流为0时，可直接观测a相电流，此时a相的电流波形即为电流环pi参数下的阶跃响应。
14、(3)波形拟合获取性能参数
15、电流环的控制对象可认为是双惯性环节，一般使pi调节器与控制对象大时间常数进行零极点对消，将电流环开环传递函数整定为典型ⅰ型系统，则闭环传递函数可等效为标准形式的二阶系统。二阶系统闭环传递函数的标准形式为：
16、
17、其中，ζ为阻尼比，无单位；ωn为自然频率，单位为hz，且不能通过实验方法测得。
18、当输入信号为1/s时，系统的输出可表示为：
19、
20、其中，为阻尼振荡频率，单位为hz。
21、求取laplace反变换，可求得单位阶跃响应为：
22、
23、其中，无单位。
24、二阶系统的系统幅频特性可表示为：
25、
26、依据带宽定义和幅频特性，带宽频率可表示为：
27、
28、基于公式(4)和公式(6)，即可对电流环的阶跃响应波形进行拟合，并得到相应的自然频率、带宽和阻尼比等关键性能参数。
29、(4)pi参数选择与调整
30、由公式(6)可知，带宽频率ωbw正比于自然频率ωn，与阻尼比ζ成反比。工程上阻尼比的选取存在一个较为合理的范围，为0.4～0.8。带宽频率和阻尼比可表征电流环的快速性和稳定性，基于电机实际使用中对电流环的快速性和稳定性要求即可选择合适的pi参数。若阻尼比在0.4～0.8范围内，同时带宽频率和阻尼比满足电机使用中对电流环的快速性和稳定性要求，则使用此pi参数；否则根据自然频率和带宽与p成正比、与i成反比，阻尼比与带宽成反比的原则调整pi参数并重新拟合。
31、本专利技术所提供的电流环pi参数整定方法，通过对电流环阶跃响应波形的拟合，可以得到电流环闭环传递函数的自然频率，从而获得其带宽和阻尼比等可以直接表征电流环快速性和稳定性的参数。相比于传统的盲调或基于理论计算的调节pi参数的方式，本专利技术提供的方法可实现任一pi参数控制效果的可视化，指明pi参数后续调节的方向，节省调节时间。
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1.一种使用带宽和阻尼比调节电流环PI参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1的具体方法是：将电流环开环传递函数整定为典型Ⅰ型系统，电流环的理论PI参数仅由电机自身参数和开关周期时间决定，计算得到该理论值作为电流环PI参数的初始给定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2的具体方法是：电机仅用电流环控制，q轴电流保持为0，d轴电流给定一恒定值，使用录波仪记录此时A相电流的波形。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3的具体方法是：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4的具体方法是：若阻尼比在0.4～0.8范围内，同时带宽频率和阻尼比满足电机使用中对电流环的快速性和稳定性要求，则使用此PI参数；否则根据自然频率和带宽与P成正比、与I成反比，阻尼比与带宽成反比的原则调整PI参数，然后返回步骤S2。
【技术特征摘要】
1.一种使用带宽和阻尼比调节电流环pi参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1的具体方法是：将电流环开环传递函数整定为典型ⅰ型系统，电流环的理论pi参数仅由电机自身参数和开关周期时间决定，计算得到该理论值作为电流环pi参数的初始给定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2的具体方法是：电机仅用电流环控制，q轴电流保持为0，d轴电流...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑义洪，向浩，牛伟，朱威，田海燕，
申请(专利权)人：无锡智动力机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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