矢量控制PI调节讲述.docx

矢量控制的PI调节1矢量控制的基本概念从直流电机调速原理知道，改变（即励磁电流）或（即电枢电流）的大小，都能调节直流电机的转速n.当和垂直时，如果忽略电枢反应对磁路饱和的影响，单独改变或，可以做到互不影响，这样就可以通过改变其中的一个磁动势独立调节转速，使直流电机具有较理想的调速特性。这种互不影响特性称为或之间的解耦控制。这种调速的方法称为矢量控制法。对于同步电机，我们只要站在同步电机转子上来观察和处理和，即我们通常使用的将静止坐标变换到同步旋转坐标来分析，所以我们完全可以将控制直流电机的方法，即所谓的矢量控制，用到交流电机上。在矢量控制中，不用磁动势来进行分析运算，而用它产生的电流或者电动势、电压进行分析运算。2 坐标变换2.1三相-两相（3/2）变换或两相-三相（2/3）变换如图2.1，本来电枢磁动势是由定子三相交流电流产生的，现在等效为以同步速旋转的直流电流产生的。这就需要进行各有关物理量之间的变换。从图2.1可以看出在以同步速旋转的M、T坐标系里有两个变量，即和，而定子三相交流电流有三个变量，、和。由于定子绕组与定子电流均为三相对称，其电流，可见，实际也只有两个变量。为此，首先将定子三相对称电流转换为定子两相对称电流。其转换的原则是，转换前后，其电枢磁动势性质保持不变。这就是说，由定子三相对称交流产生的电枢磁动势，与两相对称交流电流在两相对称绕组里产生的磁动势彼此相等，依次求出它们之间的转换关系，两相对称交流电流用、表示。图2.1各坐标轴系由三相转换为两相，称为（3/2）变换，用矩阵表示为：公式2.1（2/3）转换矩阵为公式2.2 3矢量旋转变换1）电流、得到后，经过矢量旋转变换，就可得到所需的电流、或、了，所谓的矢量旋转变换，就是指静止的直角坐标系与旋转的直角坐标系之间的变换，如下图3.1所示。图3.1坐标轴系公式3.1或公式3.2式中，是轴与轴之间的夹角，，是同步角速度，是时间，是初始位置角。静止的、坐标系变换到旋转的、坐标系的关系式为：公式3.3式中是轴与轴之间的夹角，，是初始位置角。2）直角坐标轴系与极坐标轴系之间的变换有了前面求得的直角坐标量后，就可以进一步求得相应的极坐标量。公式3.4公式3.5上述矢量控制可以用控制直流电机的思路进行，即将给定的直流量经直、极坐标变换，旋转变换和2/3变换后，加在三相交流电机定子上；将所实测电机定子的三相交流电压、电流经3/2、旋转变换和直、极坐标变换，作为反馈量加以控制。4 PID调节在实际工程中应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称 PID控制，又称 PID调节。PID控制器是通过对偏差信号 e (t)进行比例、积分和微分运算，其结果的加权，得到控制器的输出 u(t)，该值就是控制对象的控制值。在PI调节中一般我们都利用Z-N规则进行调节，但是在本次任务中我们组用的经验法调节的。具体方法是：(1)让调节器参数积分系数S0=0，控制系统投入闭环运行，S1从0开始由小到大改变比例系数，让扰动信号作阶跃变化，观察控制过程，直到获得满意的控制过程。(2) 取比例系数S1为当前值乘以0.83，由小到大的增加积分系数S0，同样让扰动信号作阶跃变化，直到求得满意的控制过程。5进行 PI调节分析5.1调节内环电流参数图5.1调节内环电流PI调节由上述分析得知得到电流、电流后，经过2r/2s矢量旋转变换，就可得到所需的电流、公式，如下图所示。公式5.1得到的电流、后经过三相感应电动机再经2s/2r得到电流、电流：公式5.2得到的电流、电流以实际值形式反馈到PI控制器的输入端进行PI调节，接下来就是要进行PI调节。首先调节内环PI调节器的参数P，比较在P值变化时对控制性能的影响。图5.2 P=10，I=0误差图5.3 P=100，I=0误差曲线图5.4 P=1000，I=0误差曲线由图4，图5，图6比较可知，通过增加参数P的值，IT的输出值更快的跟踪给定值，并且偏差值越来越小。图5.5P=1000，I=100误差曲线图5.6P=1000，I=1000误差曲线由上图可得，在此实验中，当参数P给定时，改变I的值，对实验效果的影响很小，因此，我们组选择IT控制器的PI参数分别为P=1000.I=100。因为当参数PI的值再往上增加的时候，对控制性能的影响很小，而在实际应用中，当PI值越大时，实现起来越困难，成本越高。5.2调节速度闭环外环参数图5.7调节速度闭环的外环调节在内环调节的基础上，当增加转速外环后，观测PI调节器参数的变化对转速的改变图5.8 P=0.1，I=0图5.9P=1，I=0图5.10 P=10，I=0增加转速外环后，当改变PI参数时，由图10和图11比较可知，当增大P值的时候，到达稳定的时间由0.342s减小到0.2348s，系统性能有所改善，