[资料] 无感无刷直流电机之电调设计全攻略
2018-1-30 17:05:40  2267 直流电机 设计
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· 2018-2-26 18:14:23
正是所需要的  谢谢
· 2018-3-9 17:37:47
手把手教你玩转直流电机PID双环控制




1.速度闭环控制

我们一般在速度闭环控制系统里面,使用增量式PI控制。而在我们的微处理器里面,因为控制器是通过软件实现其控制算法的,所以必须对模拟调节器进行离散化处理,这样它只需根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此,我们需要使用离散的差分方程代替连续的微分方程。

假定采样时间很短时(我们的代码中是10ms),可做如下处理:

① 用一介差分代替一介微分;

② 用累加代替积分。

根据增量式离散PID公式

Pwm+=Kp[e(k)-e(k-1)]+Ki*e(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

e(k):本次偏差

e(k-1):上一次的偏差

e(k-2):上上次的偏差

Pwm代表增量输出

在我们的速度控制闭环系统里面只使用PI控制,因此对PID控制器可简化为以下公式:

Pwm+=Kp[e(k)-e(k-1)]+Ki*e(k)


具体通过C语言实现的代码如下:

int Incremental_PI (int Encoder,int Target)

{

float Kp=100,Ki=100; //PI参数由电机的种类和负载决定

static int Bias,Pwm,Last_bias;

Bias=Encoder-Target; //计算偏差

Pwm+=Kp*(Bias-Last_bias)+Ki*Bias; //增量式PI控制器

Last_bias=Bias; //保存上一次偏差

return Pwm; //增量输出

}

入口参数为编码器的速度测量值和速度控制的目标值,返回值为电机控制PWM。

第一行代码为PI参数的定义,PI参数在不同的系统中不一样,我们的代码中的PID参数,仅针对平衡小车之家的电机空载时调试得到。

第二行是相关内部变量的定义。

第三行是求出速度偏差,由测量值减去目标值。

第四行使用增量PI控制器求出电机PWM。

第五行保存上一次偏差,便于下次调用。

最后一行是返回。

在10ms定时中断里面调用该函数实现我们的控制目标:

Moto1=Incremental_PI(Encoder,Target_velocity);

Set_Pwm(Moto1); //===赋值给对应MCU的PWM寄存器

具体请结合完整代码理解,我们的代码基于STM32F103C8控制器,但是把基于C语言的PID控制器部分剥离,并放在control.c里面,故对STM32不熟悉的同学依然可以使用记事本打开这个文件观看。



2.位置闭环控制

根据位置式离散PID公式

Pwm=Kp*e(k)+Ki*∑e(k)+Kd[e(k)-e(k-1)]

e(k):本次偏差

e(k-1):上一次的偏差

∑e(k):e(k)以及之前的偏差的累积和;其中k为1,2,,k;

Pwm代表输出

在我们的位置控制闭环系统里面只使用PI控制,因此对PID控制器可简化为以下公式:

Pwm=Kp*e(k)+Ki*∑e(k)


具体通过C语言实现的代码如下:

int Position_PI (int Encoder,int Target)

{

float Kp=15,Ki=0.01;

static int Bias,Pwm,Integral_bias;

Bias=Encoder-Target; //计算偏差

Integral_bias+=Bias; //求出偏差的积分

Pwm=Kp*Bias+Ki*Integral_bias; //位置式PI控制器

return Pwm; //增量输出

}

入口参数为编码器的位置测量值和位置控制的目标值,返回值为电机控制PWM。

第一行代码为PI参数的定义,PI参数在不同的系统中不一样,我们的代码中的PID参数,仅针对平衡小车之家的电机空载时调试得到。

第二行是相关内部变量的定义。

第三行是求出速度偏差,由测量值减去目标值。

第四行通过累加求出偏差的积分。

第五行使用位置式PI控制器求出电机PWM。

最后一行是返回。

在10ms定时中断里面调用该函数实现我们的控制目标:

Moto1=Position_PI(Encoder,Target_position);

Set_Pwm(Moto1); //===赋值给PWM寄存器

具体请结合完整代码理解。


3.速度位置双环控制

速度位置双环控制由以上两个控制器进行嵌套,具体原理不再细讲,只对核心代码进行讲解:

Encoder=Read_Encoder(2);

Position+=Encoder;

Moto1=Position_PI(Position,Target_position);

Moto1=Incremental_PI(Encoder,-Moto1);

第一行是通过M法测速获得电机速度。

第二行是通过累加求出速度的积分,也就是电机的位置信息。

第三行是位置外环控制器,求出控制输出量,作为速度内环的控制目标值。

第四行是速度内环。

因为双环控制过程较复杂,故给出其控制原理图如下:






学习了学习了学习了学习了学习了学习了学习了学习了



· 2018-4-9 20:52:14
非常想学习学习,看看资料
· 2018-4-19 21:00:16

正是所需要的  谢谢
· 2018-4-20 20:59:33
学习学习学习学习学习学习学习学习
· 2018-4-23 09:40:50
学习资料收集中
· 2018-5-6 16:50:52
无感无刷直流电机之电调设计全攻略,赞!
· 2018-5-30 21:08:54
很好的基础资料,谢谢分享

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