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本文第二部分采用了一种简单有效的基于起动过程的自整定算法来整定PI控制器参数，并将其应用于永磁交流伺服系统的速度控制，PI控制器参数的自整定机制根据KP和KI在控制器中所起作用的特点采用了不同的整定方法，并分别加以整定。KP采用了迭代算法，而KI没有采用迭代算法而是采用了模糊算法。该模糊算法仅根据速度误差来确定控制器参数KI，从而使控制器KI参数随控制对象工作状态的变化而做出适当的调整。该自整定算法的结构功能框图如图1所示。 图1 自整定PI控制器功能框图本文第三部分给出了一种更为简单的基于转动惯量辨识和查表相结合的自整定算法，该算法不依赖对象模型进行转动惯量辨识。算法简单易行，易于在单片机或DSP这类微处理器上实现[3]。 模糊自整定技术研究对于电机驱动系统，电流环的动态响应品质除了电流控制器直接作用外，仅与永磁同步电机的定子阻抗、母线电压等伺服系统自身的参数相关，与负载及其转动惯量等外部机械参数无关。因此，在实际商用的交流伺服控制器中，电流或转矩控制器的参数是不允许用户更改的。在永磁交流伺服系统PI参数自整定技术的实际应用背景当中，大多数情况仅仅需要在设备运行之前，对交流伺服驱动器的速度环PI参数进行设定，使之满足特定负载惯量下的运行要求。以下介绍的自整定方法便针对这一情况。参数KP的自整定方法在永磁同步电动机交流伺服系统的速度环较为常用的控制器多为PI控制器。由于改变控制器的参数KP和KI对控制效果的影响有相互重叠的部分，因此即使依据速度给定和反馈的误差e和其导数e作为自整定算法的输入量来同时整定参数KP和KI，也很难定位对象输出的变化主要是因为哪个参数不合适所造成的。因此造成整定效率不高，整定效果不理想等问题。而引入了速度给定和反馈误差的导数e，又增加了算法的复杂度。? ???针对这一问题，本节采用了对参数KP和KI分别加以整定的策略。首先令KI=0，起动电机，KP逐渐变大，直到其稳态速度输出达到速度给定的90%~95%。记录此时的KP值。针对上述描述可写出如下几条规则:KP,n＋1＝KP,n－KP??(2) 其中KP是经过适当选择的KP增量步长。每一步的整定时间应选择足够长，使得速度响应达到稳态。定步长迭代的方法一般需要多步才能整定到理想的KP??值，算法的效率不高。为了提高整定过程的效率，可以将上述公式(1)和(2)改写成如下的形式，其中k为比例系数:这样就将KP的增量步长同速度误差联系了起来，从而提高了KP的整定效率。两种方法的对比仿真图见图2和图3。从图中可以看出定步长的迭代方法需要多步才能整定出理想的KP，而变步长的迭代方法只需要很少的步骤就得到了满意的结果。 ? ?? ?图2??定步长整定 ? ?? ?图3??变步长整定 ? ?? ? 参数KI的模糊自整定方法这里针对KI建立的模糊自整定规律是建立在人工整定经验积累的基础之上，其描述如下:l KI的大小同系统的转动惯量紧密联系，转动惯量J越大，KI就应该越小，以避免过大的积分分量造成输出饱和。l 对KI的自整定必须主要体现在速度调节的暂态过程，此时的速度误差较大。此时如果KI固定不变，容易造成较大的超调。将PI控制器的积分系数KI同速度误差联系起来有两个作用:首先，它可以防止当控制器输出进入饱和区后，由于控制器输出中包含过大的积分分量，使控制器输出无法在短时间内退出饱和。其次，在对速度进行稳态调节时，速度误差较小，此时可以加大积分系数KI从而更好地消除静差。因此，这里仅将速度误差作为模糊自整定控制器的输入。从PI控制器的增量式算法公式(5)中可以清楚地看到这种关系。模糊控制器的设计基本上分为三个部分:实际测量值的模糊化、模糊规则的确定和模糊推理、解模糊化。本文设计的模糊自整定控制器为单输入单输出控制器，输入为速度给定和速度反馈的偏差spe，输出为PI控制器的积分系数KI。下面针对各个环节给出设计步骤。输入变量spe被划分为N3、N2、N1、Z0、P1、P2、P3共七个等级。其划分情况和隶属度函数如图4所示。输出变量KI的隶属度划分采用单点模糊化方法，其隶属度划分如图5所示。输出变量的数值同速度偏差的平方倒数近似成比例。 ? ? 图4 输入变量隶属函数划分 ? ?图5 输出变量隶属度函数划分对于单输入单输出模糊自整定控制器，其控制规则可以由“if…then…”的形式来描述。对于本模糊自整定控制器仅有如下四条规则:IF spe＝Z0 THEN KI＝P3IF spe＝P1 OR spe＝N1 THEN KI＝P2IF spe＝P2 OR spe＝N2 THEN KI＝P1IF spe＝P3 OR spe＝N3 THEN KI＝Z0这些规则可以存储在模糊自整定控制器的规则库，在模糊推理时供查询