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永磁同步电机调速系统的一种变给定增益PI控制器

更新时间：2019-12-30 15:00:00 大小：1M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：永磁同步电机调速系统 pi控制器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

在永磁同步电机调速系统中,传统PI控制的阶跃响应存在超调的问题.采用IP控制虽可消除超调,但会使系统响应变慢.为此,提出带给定增益的PI控制器,在传统PI控制器的基础上,引入输入微分前馈,将误差比例环节拆成给定比例环节和反馈比例环节之差,并在给定比例环节中增加给定增益M.经优化设计,M在阶跃给定时取0.5,可实现阶跃响应的快速无超调;M在时变给定时取1,可实现无误差跟踪.为使系统能够对阶跃给定和时变给定同时具有很好的跟踪性能,在带给定增益的PI控制器的基础上,利用给定变化率判断给定类型并自动选择对应的最优增益,构成一种变给定增益PI控制器.实验结果验证了所提控制方法的有效性和实用性.

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Vol-32

No．1

2017年1月

工技学

TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY

2017

Jan．

第32卷第1期

永磁同步机速系的一种

定增益PI控制器

符

慧

左月

刘

捷

(南京航空航天大学自化学院南京210016)

摘要在永磁同步

除超，但会使系

入微分前，将差比例

机

速系中，

PI控制的

响

存在超

的

。采用IP控制可消

响

慢。此，提出

拆成定比例

定增益的PI控制器，在

PI控制器的基上，引入

和反比例

之差，并在定比例

的快速无超；M在

中增加

定取

定增益M。

1，可

化

，M在

定

取0．5，可

定和

型并自

了所提控制方法的有效性和用性。

响

无

差跟踪。使系

能

定同具有很好的跟踪性能，在

的最增益，构成一种

定增益

定增

的PI控制器的基上，利用

益PI控制器。

定

化率判断定

果

关

中

：永磁同步机PI控制IP控制

号：TM351

超

入微分前

分

Variable

Gain

for

Controller

Permanent

Input

Proportional Integral

Motor

Magnetic Synchronous

Speed-Regulation System

Zuo

Hui

Liu

fie

Y“efei

Chuang Zhang

of Automation

of Aeronautics and Astronautics

210016

(College

Nanjing University

China)

Nanjing

Abstract In the

overshoot of

system，the

permanent magnetic synchronous

motor(PMSM)speed adjusting

is hard to avoid in the conventional

IP control can

step response

proportional

integral(PI)controller．Although

eliminate

becomes slow．In this

PI controller with

input gain

the error into the

proportion

overshoot，the

response

paper，a

proposed，which

between

derivative

controller

changes

feedforward(IDF)．The

difference

adopts input

the

and the feedback

then adds

11／／to the

input gain input proportion．Through

input proportion

proportion，and

of the

is fast and non— over shoot when

optimization

response

0．5．Meanwhile，the

tracking performance

design，the

step input

equals

1．In order to ensure the

equals

of the

is error— free

when

time— varying

response

input

under the

and the

variable structure PI controller is

step input

time— varying input simultaneously，a

variable PI

proposed．

Based on the PI controller with

controller

the

input type

according

input gain，the

gain

judges

corresponding optimal gain automatically．Extensive experiments

input

the

then chooses the

are

input gradient，and

the

and

the

controller．

proposed

performed

verify

validity

practicality

feed

Keywords：Permanent magnetic synchronous motor，PI control，IP control，overshoot

input，derivative

forward

Motor，PMSM)以其高功率／重量比、高矩／量比、

高效率和具有一定棒性等点，被广泛用于工

0引言

永磁同步机(Permanent Magnetic

Synchronous

速系中。

的PMSM 速系大多采用双

，外速度。尽管多

性控制构，内

流

国家自然科学基金目(51377076)、江省“六大人才高峰”

(YPCI3013)和江学研目(BY2014003-09) 助。

目

种先的复控制策略如非性PI控制⋯ 、自适

控

省

金

收稿日期2015-07— 14改稿日期2015— 10．29

万方数据

第32卷第1期

符

慧等永磁同步

构控制 ”1等被

机

速系的一种

定增益PI控制器

169

制‘2'3|、模糊控制Ⅲ1、滑模

用

(3)

互。=6i：+戈2

机械角速度与反

于PMSM 速系中，但些非性控制策略

器要求高或存在抖振等有待一步改

因此，在工用中占主地位的控制方法仍是

性PI控制。然而性PI控制存在控制参数

理

定

并。之差角速

，

。

度跟踪差e。，即e。= 一x。，由式(3)可得角速度

跟踪差的状方程

的

(4)

；；=i一互l=必一bi。*一戈：

整定困

、

响

存在超

性PI控制

献[16]提出采用跟踪微分器

等

。

采用性比例分反控制律，即

响

的超

定安排

，文

esdt

(5)

j。=一是。e。一是i。f

渡

程

来

无超控制，但存在参数

复

的

。文

式中，七。、忌，。分

控制器的比例系数和分系数，

用于控制角速度跟踪差的衰减程。

合式(4)和式(5)可得控制量

献[17]采用出微分

反来消除超，然而出微分

比例

决文献[13]中的噪声

的基上将PI控制改成I控制以构成IP控制器。

相比于PI控制系，IP控制系定作用下的

函数的分子中少了微分，只要置合适的阻尼比

即可消除超，但也正是函数分子少了微分，使

得IP控制系的响快速性差，合受限。

本文首先提出定增益的PI控制器，推

定下的最增益。使系

作用后会放大噪声，影响系性能。了解

，文献[18-20]在出微分

反

弘÷【 ¨ps( 1)¨，。卜1)dt q](6)

在

式(6)中的

状

z，可通

感器量或用

器

其

行

，状

量戈：一般不可知，故控制

量修正

用

出

(7)

i：=}[西+七。( 一戈，)+艮，。／( 一x：)dt]

在式(7)的基上，增加定增益，即构成

定和

能

定同具有很好的跟踪性能，提出

定增益PI控制器。最后，在dSPACE

了所提控制器的有效性和用性。

定增益的PI控制器。此外，由于

噪声，定菇。的，包含

量噪声6。。，即Y=x。+6。用Y代替戈。作

于是角速度跟踪 e。=口一Y，控制量

系

存在

量

了一种

状

量

状搿。和

平台上

反

，

速

定增益的PI控制器

差

1．1

PMSM的数学模型

ii={i[衫+ 。(My-y)+ 。。J^(移一y)dt](8)

本文研究的是表式永磁同步机，其在子磁

定向的同步旋

方程

坐

系(d-q坐系)下的机械运

限幅后的

控制量

，In

(1)

，

芋=K。i。一TI，一Bn

(1／

弘sat≮ ，。sgn。p引㈤

速

式中，l，

系

的

量，kg· 1122；B

系

的粘滞

上可得

1所示，永磁同步

2所示。由 1可知，

定增益的PI控制器的构框

速系构框

定增益的PI控制器可

摩擦系数，N· Ill· s／rad；TL

矩，N· m；n

如

机

化

机械角速度，rad／s；K。

流，A。

矩常数，N· m／A；i。

交

如

看成是在

P1控制器的基上引入入微分前

Feedforward，IDF)，将差比例

1．2

速

定增益的PI控制器

零，即i彳=0的矢量控制方式。

Derivative

(Input

采用直

流

拆成定比例

和反比例

之差，并在定比

由式(1)可得机械角速度状方程

例

中增加定增箜磐后得到的。

：一一一一一一一一一-一一一叫J’一一一一i

(2)

n=了axt L,：一二}=bi。*+o(t)

式中，0

交

流

定

；6 控制增益，b=

K。／J；Td

a(t)

矩，乃=Kt(i：一i。)+rI，+BO；

，a(t)=一L／J。

取机械角速度n

量戈，，

状

量z，，将

a(t)

速

定增益的H控制器

状

方程

PI controller of

with

input gain

Fig．1

speed loop

万方数据

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