一種高效的速度反饋PID控制裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種高效的速度反饋PID控制裝置，包括計數器、PID控制器、PWM控制器和霍爾傳感器，所述計數器用于按頻率CLK對霍爾信號周期進行計數，得到計數值n，計數值n與外部輸入參考值n

An efficient speed feedback PID control device

The invention discloses a high speed feedback PID control device, including counter, PID controller, PWM controller and Holzer sensor, the counter for Holzer signal period by counting the frequency of CLK, get the count value n counting value N and the external input reference value n

【技術實現步驟摘要】
一種高效的速度反饋PID控制裝置
本專利技術屬于數字式控制領域，涉及一種PID算法，特別涉及一種速度反饋PID算法。
技術介紹
PID算法在反饋控制中運用非常廣泛，尤其在電機調速、位置伺服等運動控制場合基本上離不開PID控制。傳統的速度反饋PID控制實現方式如圖1所示，一般速度反饋信號speed不能通過傳感器直接測量，需要通過位置檢測經過轉換計算才能得到。如圖中N對極電機霍爾信號的一個周期表示轉子轉過1/N轉，通過計數器以頻率CLK對該周期進行計數得到計數值n，由此可以計算出速度反饋已知的參考速度speed_REF與計算得到的speed相減，其差值e作為控制量輸入PID控制器，最后由PID控制器得到輸出，經PWM控制器以控制電機的轉速。該方法存在一個缺陷，速度反饋信號speed是間接測量的，直接測量值是計數值n，轉換計算不僅消耗了處理器的計算資源，且在轉換過程中若數據類型處理不恰當會極大程度浪費計數值n的測量精度，從而導致speed誤差增大，造成PID控制性能變差，無法滿足某些高精度控制系統。
技術實現思路
鑒于此，本專利技術提供一種高效的速度反饋PID控制裝置，解決傳統速度PID控制對速度反饋speed間接測量帶來的數據精度丟失，而造成PID控制性能變差的問題。為達到上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種高效的速度反饋PID控制裝置，包括計數器、PID控制器、PWM控制器和霍爾傳感器，所述計數器的第一輸入端與外部時鐘CLK相連，第二輸入端與霍爾傳感器的輸出端連接，霍爾傳感器的輸入端與電機的輸出端連接，電機的輸入端與PWM控制器的輸出端連接，PWM控制器的輸入端與PID控制器的輸出端連接，PID控制器的輸入端接控制量e，所述計數器用于按頻率CLK對霍爾信號周期進行計數，得到計數值n，計數值n與外部輸入參考值nREF相減，得到差值e作為控制量輸入PID控制器，參考值為給定已知常量；PID控制器，根據控制量e給出相應的PID輸出；PWM控制器，根據PID控制器的輸出產生相應脈寬的PWM調制信號去驅動電機；霍爾傳感器，檢測電機轉子的位置，并將位置信息轉換為矩形波并作為計數器的輸入信號。進一步，計數器為微處理器，通過配置單片機或者DSP處理器的計數器資源來實現。進一步，PID控制器為常規的微處理器，由單片機或者DSP處理器編程實現。進一步，PWM控制器為IPM模塊或由MOSFET等分立元件搭建。進一步，電機為三相無刷直流電機。進一步，霍爾傳感器為電機自帶的位置檢測傳感器。由于采用了以上技術方案，本專利技術具有以下有益技術效果：本專利技術采用計數器、PID控制器、PWM控制器、電機和霍爾傳感器相互連接來實現。通過計數器按頻率CLK對霍爾信號的周期進行計數，得到計數值n，與外部輸入參考常量nREF相減，得到差值e作為控制量輸入PID控制器，最后由PID控制器得到輸出，經PWM控制器以控制電機的轉速。它具有以下特點：1.運用直接測量的計數值n代替傳統速度PID控制需要經過二次轉換運算才能得到的速度反饋speed，轉換運算為有效的解決了轉換過程中因數據類型處理不當造成的計數值n的精度丟失，保證了PID的控制精度，可以滿足高精度控制系統的需求。2.較傳統速度PID控制省去了速度反饋speed的轉換運算，使控制結構更加簡單，節約了處理器的計算資源。3.傳統速度PID控制的參考信號為給定值、反饋信號為測量值，本專利技術由于將反饋參數由速度speed改成了時間計數值n，則PID的組織結構變為參考信號為測量值、反饋信號為給定值，該結構具有和傳統方法相同的速度調節功能，但不會丟失測量精度，且結構更加簡單高效。附圖說明為了使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術作進一步的詳細描述，其中：圖1是傳統的速度反饋PID控制框圖；圖2是本專利技術的速度反饋PID控制框圖；圖3是(a)傳統速度反饋PID控制軟件流程圖與(b)本專利技術具體實施的速度反饋PID控制軟件流程圖；圖4是傳統速度反饋PID控制的實際測試結果圖；圖5是本專利技術的速度反饋PID控制的實際測試結果圖。具體實施方式以下將結合附圖，對本專利技術的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本專利技術，而不是為了限制本專利技術的保護范圍。本專利技術所要解決的技術問題在于專利技術一種高效的速度反饋PID控制裝置，解決傳統速度PID控制對速度反饋speed間接測量帶來的數據精度丟失，而造成PID控制性能變差的問題。本專利技術解決上述技術問題所采取的技術方案在于專利技術的速度反饋PID控制裝置，如圖2所示，包括：計數器1、PID控制器2、PWM控制器3和霍爾傳感器5；所述計數器1包括：兩個輸入端，第一輸入端與外部時鐘CLK相連，第二輸入端與霍爾傳感器5的輸出端相連；和一個輸出端，輸出值n與外部輸入參考常量nREF相減，得到差值e。所述PID控制器2包括：一個輸入端，輸入端與控制量e相連；和一個輸出端OUT，輸出端OUT與PWM控制器3的輸入端相連。所述PWM控制器3包括：一個輸入端，輸入端與PID控制器2的輸出端OUT相連；和一個輸出端，輸出端與電機4的輸入端相連。所述霍爾傳感器5包括：一個輸入端，輸入端與電機4的輸出端相連；和一個輸出端，輸出端與計數器1的輸入端2相連。在本專利技術中，所述計數器1為常規的微處理器，可以通過配置常規單片機或者DSP處理器的計數器資源來實現。在本專利技術中，所述PID控制器2也為常規的微處理器，可以由常規的單片機或者DSP處理器編程實現。在本專利技術中，所述PWM控制器3可以是IPM模塊，也可以由MOSFET等分立元件搭建。在本專利技術中，所述電機4為常規三相無刷直流電機。在本專利技術中，所述霍爾傳感器5為電機4自帶的位置檢測傳感器。計數器1，其作用是按頻率CLK對霍爾信號周期進行計數，得到計數值n，其第一輸入端與外部時鐘CLK相連，第二輸入端與霍爾傳感器5的輸出端相連，其輸出端為計數值n，計數值n與外部輸入參考值nREF相減，得到差值e作為控制量輸入PID控制器2，參考值為給定已知常量；PID控制器2，其作用是根據控制量e給出相應的PID輸出；PWM控制器3，其作用是根據PID控制器的輸出產生相應脈寬的PWM調制信號去驅動電機；電機4，為被控對象，控制量為速度；霍爾傳感器5，其作用是檢測電機轉子的位置，并將位置信息轉換為矩形波，其輸入端與電機4的輸出端相連。本專利技術的結構框圖如圖2所示，本專利技術的一種高效的速度反饋PID控制采用計數器、PID控制器、PWM控制器、電機和霍爾傳感器相互連接來實現。本專利技術具體實施的一種高效的速度反饋PID控制軟件流程圖如圖3(b)所示。其C語言具體實現關鍵程序如下：本專利技術的一種高效的速度反饋PID控制在具體的C代碼實現中省去了速度反饋speed的轉換運算，直接運用時間計數值n，使控制結構更加簡單，節約了處理器的計算資源，且有效的避免了轉換過程中因數據類型處理不當造成的計數值n的精度丟失，保證了PID的控制精度，可以滿足高精度控制系統的需求。圖4、圖5分別是傳統控制方式與本專利技術的控制方式的實際測試結果，希望穩定的參考速度為6000轉/min，傳統控制方法只能穩定到5996～6003轉/min，本專利技術的控制方法能穩定到5998～6000轉/min，控制精度大幅提本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高效的速度反饋PID控制裝置，其特征在于：包括計數器(1)、PID控制器(2)、PWM控制器(3)和霍爾傳感器(5)，所述計數器的第一輸入端與外部時鐘CLK相連，第二輸入端與霍爾傳感器的輸出端連接，霍爾傳感器的輸入端與電機的輸出端連接，電機的輸入端與PWM控制器的輸出端連接，PWM控制器的輸入端與PID控制器的輸出端連接，PID控制器的輸入端接控制量e，所述計數器用于按頻率CLK對霍爾信號周期進行計數，得到計數值n，計數值n與外部輸入參考值n

【技術特征摘要】
1.一種高效的速度反饋PID控制裝置，其特征在于：包括計數器(1)、PID控制器(2)、PWM控制器(3)和霍爾傳感器(5)，所述計數器的第一輸入端與外部時鐘CLK相連，第二輸入端與霍爾傳感器的輸出端連接，霍爾傳感器的輸入端與電機的輸出端連接，電機的輸入端與PWM控制器的輸出端連接，PWM控制器的輸入端與PID控制器的輸出端連接，PID控制器的輸入端接控制量e，所述計數器用于按頻率CLK對霍爾信號周期進行計數，得到計數值n，計數值n與外部輸入參考值nREF相減，得到差值e作為控制量輸入PID控制器，參考值為給定已知常量；PID控制器，根據控制量e給出相應的PID輸出；PWM控制器，根據PID控制器的輸出產生相應脈寬的PWM調制信號去驅動電機；霍爾傳感器，檢...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳燦，龐佑兵，馬朝驥，張天星，張振，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第二十四研究所，
類型：發明
國別省市：重慶,50