[发明专利]一种直流伺服驱动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于自抗扰控制器的直流伺服驱动控制系统。

背景技术

某些应用场合的直流伺服驱动系统要求控制系统具有动态响应速度快、稳定精度高和抗负载及参数扰动能力强等特点，例如风电机组电动变桨伺服驱动系统。在伺服驱动系统中，执行电动机电枢绕组的电阻值和电感值易受温度影响，不同生产厂家提供的电机参数也存有差异，这些因素的影响会降低常规PID闭环控制系统性能。常规PID控制器虽能够满足稳态精度高、动态响应快的要求，但在抗负载及电机参数扰动能力方面较差。

现有技术的伺服驱动控制系统的结构如图2所示，由数据采集电路、DSP中央处理器和PWM功率输出电路组成，其DSP中央处理器中包括两个PI控制器，其中一个是转速环PI控制器，另一个是电流环PI控制器。这样的控制系统结构能满足稳态精度高、动态响应快的要求，但对于被控对象参数扰动、负载波动等因素造成的控制系统效果变差方面，缺乏一定的抗扰动能力。

中国专利CN201039069Y、CN102811015A和CN101499769A，以及《基于自抗扰控制器的直流双闭环调速系统》（徐晗,徐宇,刘德君.[J].化工技术,2004,06(12):42-44）的主要思路是将自抗扰控制器直接或简化改造后应用于控制系统，具有响应速度快、抗扰动能力强等特点，控制对象大多为交流电机或励磁装置等，少数几篇涉及直流电机的文章也只停留于仿真研究阶段，较少涉及高性能要求的直流伺服驱动控制系统的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有常规PID控制技术的不足，结合自抗扰控制器的优点，提供一种基于自抗扰控制器的直流伺服驱动控制系统。本发明利用自抗扰控制器对直流伺服驱动控制系统总扰动量，即外部负载扰动和内部参数扰动，进行实时估计并通过反馈进行补偿控制，可以减少外部扰动和内部扰动对控制系统性能的影响，获得快速、无超调、高精度、强鲁棒性的良好控制效果。

本发明的技术方案如下：

一种基于自抗扰控制器的直流伺服驱动控制系统，其特征在于该系统主要由数据采集电路、DSP中央处理器和PWM功率输出电路组成。所述的DSP中央处理器的输入端接收上位机（如PLC或计算机）传送的速度给定值和由外部传感器反馈的直流伺服电动机速度反馈值、电流反馈值，经DSP中央处理器处理后，输出至PWM功率输出电路，PWM功率输出电路的输出端连接至所述直流伺服驱动控制系统的控制对象直流伺服电动机。所述的数据采集电路的输入端连接外部传感器，如光电编码器、电流传感器等，光电编码器、电流传感器等外部传感器采集直流伺服电动机的数据，送入所述的数据采集电路。数据采集电路的输出端连接DSP中央处理器的输入端，外部传感器采集的直流伺服电动机的数据经由数据采集电路送入DSP中央处理器处理后，传送至PWM功率输出电路，由PWM功率输出电路输出控制信号控制直流伺服电动机。

所述的数据采集电路主要包括信号预处理电路和A/D转换模块。信号预处理电路包括开关量预处理电路与模拟量预处理电路，开关量预处理电路采用常规光电隔离电路，通过光电隔离器件与来自接触器、继电器等器件的外部开关量信号耦合连接，将开关量信号转换成数字信号输入DSP中央处理器。模拟量预处理电路将包括直流伺服电动机的电流和电压两种基本模拟量在内的输入信号预处理成A/D转换模块能够接收的电信号。模拟量预处理电路连接A/D转换模块，将预处理完的模拟信号经由A/D模块转换成数字信号传送至DSP中央处理器。

所述的DSP中央处理器采用的是TI公司生产的TMS320F28335型号芯片，该芯片具有运行速度快、运行稳定的特点，可以大大提高控制系统的响应速度。所述的DSP中央处理器包括二阶自抗扰控制器和PI控制器，二阶自抗扰控制器完成直流伺服驱动控制系统转速环的运算，PI控制器完成直流伺服驱动控制系统电流环的运算。

所述的PWM功率输出电路由信号驱动放大电路和IGBT整流电路构成。由DSP中央处理器输出的PWM控制信号经信号驱动放大电路进行功率放大，输出给IGBT整流电路中的IGBT单元，控制相应IGBT单元中的IGBT的通断，从而控制直流伺服电动机的电枢电压。