一种基于VF前馈的闭环调速装置的制作方法

本技术涉及电机转速控制，特别涉及了一种基于vf前馈的闭环调速装置。

背景技术：

1、随着运动控制技术的发展，电机同步控制技术在各个技术领域中得到了越来越多的应用，随之而来的对电机同步控制技术的要求也越来越高。目前在电机控制应用中，对电机控制的常用方法是pid控制方法，所谓电机pid控制，是一种闭环反馈的控制方法，由电机、电机的转速测量、电机驱动设备三部分组成。按要求的目标转速，根据测量到的电机的当前转速，再去调整驱动设备的输出，确保电机实际转速跟随目标转速。

2、但传统的pid控制方法稳态误差比较大，控制精度较低。中国专利局2021年12月7日公开了一种名称为一种减小稳态误差的伺服电机转速控制方法的发明，其公开号为cn113759699a。该发明在传统的pid控制的基础上，加入了模糊控制以及bp神经网络，解决传统pid控制稳态误差比较大的缺点，同时还具有自学习、自适应的特别。但是该发明以pid调节为基础，pid控制是基于反馈量测量的闭环架构，反馈信号采样后需要进行滤波以清除干扰，这一滤波过程本身就会导致延迟，而且闭环控制通常需要多次迭代运算，其迭代次数受用户设置的pid参数影响。因此，单纯靠pid控制，在电机启动阶段无法做出快速反应。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是克服现有技术中电机转速控制仅采用pid控制，无法在电机启动阶段做出快速反应，反应速度过分依赖用户pid参数的问题，提供了一种基于vf前馈的闭环调速装置，在现有的电机转速基于pid控制的条件下，加入现有的vf前馈控制，提高电机的响应速度，提高控制精度，提高电机启动时速度的平稳性。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、一种基于vf前馈的闭环调速装置，包括相互连接的vf前馈控制单元以及pid闭环控制单元，所述pid闭环控制单元连接有检测单元，所述pid闭环控制单元输出端与vf前馈控制单元输出端均通过电机驱动与电机连接，所述vf前馈控制单元与pid闭环控制单元输入端均与参数设置单元连接，电机输出端与pid闭环控制单元输入端连接。

4、本实用新型是在现有的pid闭环控制的基础上，增加了一个现有的vf前馈控制，将vf前馈控制单元输出的占空比与pid闭环控制单元输出的占空比进行叠加，利用叠加后的占空比对电机转速进行控制，解决了电机启动时不够稳定，速度有波动的问题，提高了电机的响应速度，使得电机转动稳定，反应速度块。而pid闭环控制单元的具体控制过程以及vf前馈控制单元的具体控制过程以及都是现有技术中常见的控制过程，将输出转化为占空比以及占空比叠加都是现有技术，不涉及程序改进。

5、作为优选，所述pid闭环控制单元包括相互连接的转速闭环控制单元与电流闭环控制单元，所述转速闭环控制单元输入端与vf前馈控制单元输入端连接，转速闭环控制单元输出端与电流闭环控制单元输入端连接，所述电流闭环控制单元输出端分别与vf前馈控制单元输出端、电机输入端连接，电机输出端分别与转速闭环控制单元输入端、电流闭环控制单元输入端连接。

6、本实用新型中pid闭环控制单元采用转速、电流双闭环控制单元进行调速，提高控制性能，保证调速系统稳定性。

7、作为优选，所述检测单元包括速度传感器与电流传感器，所述速度传感器分别与vf前馈控制单元、pid闭环控制单元连接，所述电流传感器分别与vf前馈控制单元、pid闭环控制单元连接。

8、速度传感器用于检测电机实时转速，电流传感器用于检测电机实时电流；检测单元还可以包括电压传感器，检测电机实时电压。检测单元将检测到的实时数据发送给vf前馈控制单元、pid闭环控制单元，vf前馈控制单元、pid闭环控制单元根据实时数据进行控制。电机输出端通过速度传感器与转速闭环控制单元输入端相连，电机三相输入端通过电流传感器与电流闭环控制单元输入端连接。

9、作为优选，所述闭环调速装置还包括权重设置单元，所述权重设置单元分别与pid闭环控制单元、vf前馈控制单元连接。

10、权重设置单元可以设置pid闭环控制单元输出端占空比与vf前馈控制单元输出的占空比的权重，使得闭环调速装置在稳定的前提下，兼顾快速性和抗扰性。

11、作为优选，所述闭环调速装置还包括转速阈值判断单元，所述转速阈值判断单元与检测单元连接，所述阈值判断单元连接有灯光警报器。

12、当转速阈值判断单元检测到当前电机转速超过阈值，即可触发灯光警报器，提醒用户可以通过权重设置单元调整pid闭环控制单元输出端占空比与vf前馈控制单元输出的占空比的权重。

13、作为优选，所述vf前馈控制单元的权重与所述pid闭环控制单元的权重之和，小于等于1。

14、作为优选，所述闭环调速装置还包括逆变器，所述逆变器与电机连接。

15、逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成定频定压或调频调压交流电(一般为220v，50hz正弦波)的转换器。vf前馈控制单元进行控制时，可以通过改变逆变器的输出电压从而进行电机转速的控制。

16、作为优选，所述参数设置单元包括相互连接的显示屏以及通信单元，所述显示屏分别与vf前馈控制单元、pid闭环控制单元连接。

17、用户可以通过显示屏设置vf前馈控制单元、pid闭环控制单元的参数，闭环调速装置可以通过通信单元与终端连接。

18、作为优选，所述转速闭环控制单元包括速度比较器和第一pid控制器，所述第一pid控制器与转速闭环控制单元连接。

19、速度比较器用于比较参数设置单元设置的给定速度和电机实际速度，并将计算得到的速度偏差输出给第一pid控制器，第一pid控制器进行控制。

20、作为优选，所述电流闭环控制单元包括相互连接的电流比较器和第二pid控制器，所述第二pid控制器与电机连接。

21、电流比较器用于比较参数设置单元设置的给定电流和电机实际电流，并将计算得到的电流偏差输出给第二pid控制器，第二pid控制器进行控制。

22、因此，本实用新型具有如下有益效果：在传统pid控制电机转速的基础上，增加vf前馈控制，提高调速系统响应的快速性，减小闭环pid控制器的调整周期，降低调速过程中的电机转速波动，提高电机启动时速度的平稳性。

技术特征：

1.一种基于vf前馈的闭环调速装置，其特征在于，包括相互连接的vf前馈控制单元以及pid闭环控制单元，所述pid闭环控制单元连接有检测单元，所述pid闭环控制单元输出端与vf前馈控制单元输出端均通过电机驱动与电机连接，所述vf前馈控制单元与pid闭环控制单元输入端均与参数设置单元连接，电机输出端与pid闭环控制单元输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于vf前馈的闭环调速装置，其特征在于，所述pid闭环控制单元包括相互连接的转速闭环控制单元与电流闭环控制单元，所述转速闭环控制单元输入端与vf前馈控制单元输入端连接，转速闭环控制单元输出端与电流闭环控制单元输入端连接，所述电流闭环控制单元输出端分别与vf前馈控制单元输出端、电机输入端连接，电机输出端分别与转速闭环控制单元输入端、电流闭环控制单元输入端连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于vf前馈的闭环调速装置，其特征在于，所述检测单元包括速度传感器与电流传感器，所述速度传感器分别与vf前馈控制单元、pid闭环控制单元连接，所述电流传感器分别与vf前馈控制单元、pid闭环控制单元连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于vf前馈的闭环调速装置，其特征在于，所述闭环调速装置还包括权重设置单元，所述权重设置单元连接有分别与pid闭环控制单元、vf前馈控制单元连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于vf前馈的闭环调速装置，其特征在于，所述闭环调速装置还包括转速阈值判断单元，所述转速阈值判断单元与检测单元连接，所述阈值判断单元连接有灯光警报器。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于vf前馈的闭环调速装置，其特征在于，所述闭环调速装置还包括逆变器，所述逆变器与电机连接。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于vf前馈的闭环调速装置，其特征在于，所述参数设置单元包括相互连接的显示屏以及通信单元，所述显示屏分别与vf前馈控制单元、pid闭环控制单元连接。

8.根据权利要求2所述的一种基于vf前馈的闭环调速装置，其特征在于，所述转速闭环控制单元包括速度比较器和第一pid控制器，所述第一pid控制器与转速闭环控制单元连接。

9.根据权利要求2或8所述的一种基于vf前馈的闭环调速装置，其特征在于，所述电流闭环控制单元包括相互连接的电流比较器和第二pid控制器，所述第二pid控制器与电机连接。

技术总结
本技术公开了一种基于VF前馈的闭环调速装置，克服现有技术中电机转速控制仅采用PID控制，无法在电机启动阶段做出快速反应，控制精度低的问题，包括相互连接的VF前馈控制单元以及PID闭环控制单元，所述PID闭环控制单元连接有检测单元，所述PID闭环控制单元输出端与VF前馈控制单元输出端均通过电机驱动与电机连接，所述VF前馈控制单元与PID闭环控制单元输入端均与参数设置单元连接，电机输出端与PID闭环控制单元输入端连接。在电机转速基于PID控制的条件下，加入VF前馈控制，提高电机的响应速度，提高控制精度，提高电机启动时速度的平稳性。

技术研发人员：温峰,田文琪,何太雄,朱良伟,郑文锋,王森
受保护的技术使用者：宁波菲仕技术股份有限公司
技术研发日：20231222
技术公布日：2024/11/21