[发明专利]一种电机控制系统中无传感器的电流校正方法

说明书

本发明公开了一种电机控制系统中无传感器的电流校正方法，属于自动控制领域。在传统的电机控制系统中，电流传感器很容易受到由电机驱动信号带来的噪声的干扰，从而导致电流跟踪精度下降。而使用低通滤波器等方式又会造成相位延迟和控制带宽的损失，降低电机驱动电流的跟踪性能。本发明基于虚拟的被控对象，在无传感器的情况下完成了对电流的校正控制。在保证电流跟踪性能的情况下，有效规避了噪声对电流控制精度的影响。本发明具有比传统电流闭环控制更好稳定性，同时省去了电流传感器和相应数据处理单元的使用，降低了系统成本，具有较高的实用价值。

技术领域

本发明属于自动控制领域，具体涉及一种电机控制系统中无传感器的电流校正方法。

背景技术

随着技术的不断进步，伺服系统对电机的性能要求也不断提升。通过对电机的驱动电流进行闭环校正，可以有效的提高电机的性能。由于电机中等效电感和电阻的存在，在开环情况下驱动电流的跟踪特性通常为一阶惯性环节，其相对于参考信号存在较明显的相位延迟。而闭环校正可以有效提高驱动电流的跟踪性能，在提高控制带宽的同时减少相位延迟，从而为电机的速度闭环控制和位置闭环控制提供更有利的条件，提升电机的整体性能。

传统上，对电机的驱动电流进行闭环校正依赖于电流传感器的使用。而随着脉宽调制驱动方式的广泛应用，电流传感器非常容易受到电磁干扰，其输出的电流反馈信号通常伴有频率范围很宽的有色噪声。当传感器噪声的频率在电流闭环控制带宽之内时，电流的控制精度将受到明显的影响。

传统的噪声抑制方法主要是对传感器的输出信号进行滤波处理。比较常用的滤波手段包括均值滤波，巴特沃兹滤波，贝塞尔滤波，切比雪夫滤波和椭圆滤波等等。其中，均值滤波主要是针对白噪声进行滤波。而通过巴特沃兹、贝塞尔和切比雪夫等滤波器可对有色噪声进行滤波，然而当噪声频率低于闭环控制带宽或和闭环控制带宽接近时，使用滤波器会严重影响电流的跟踪特性，引起闭环带宽降低和相位延迟，这违背了对电流进行闭环校正的初衷。因此，如何在保证电机电流的跟踪性能的情况下，避免电流传感器噪声的影响是实现对电机进行高性能控制的一项重要课题。

针对上述情况，本文提出了一种无传感器的电流校正方法。由于不存在电流传感器，自然避免了传感器噪声对电流控制的影响。使用该方法，得到的电流跟踪性能和传统的基于传感器的电流校正方法相同，但电流控制精度更高。同时，该方法在电机负载特性发生变化时，具有很好的控制稳定性。由于不使用电流传感器，该方法可以有效降低设备成本。

发明内容

本发明的目的在于：对于具有感性负载的电机，提供一种基于不需要传感器的电流校正方法。通过对电流进行校正，达到提高电机电流响应带宽的目的。该方法的优点在于：1)和传统的电流闭环校正方法相比，该方法不需要使用传感器，从而有效的节约了控制系统成本；2)该方法有效避免了系统中的噪声对电流校正的精度的影响：3)该方法具有很好的控制稳定性。

本发明采用的技术方案为：一种电机控制系统中无传感器的电流校正方法，包括：

1)该方法下电机控制结构设计如下：电机控制信号(参考信号)r(s)首先通过电流校正模块进行校正，校正后的控制信号为r′(s)。r′(s)经过功率放大器后对电机进行驱动。功率放大器对电压的放大倍数为K，电机的等效电感和电阻分别为L和R。功率放大器和电机一起构成实际的被控对象P。驱动电流表示为y(s)。

2)电流校正模块组成如下：C(s)为电流控制器，P_n(s)为虚拟的被控对象。电流的校正模块既可通过模拟电路实现，也可通过数字控制器的方式实现。其中，P_n(s)的数学模型可以通过对被控对象进行扫频得到，也可以用公式(1)近似得到：

3)电流控制器C(s)设计如下：通过校正所得的电流跟踪性能体现为由r(s)到y(s)的传递函数为T_yr(s)，其中