永磁同步調(diào)速系統(tǒng)自整定PI速度控制器設(shè)計(jì)

3 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果
3．1 仿真結(jié)果
通過(guò)Simulink進(jìn)行仿真，可得到用增益整定PI速度控制器、PI電流控制器控制的PMSM雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制效果。電機(jī)參數(shù)：Rs=2．8 75 Ω，Ld=Lq=8．5 mH，ψ=0．175 Wb，J=0．093 kg·m2，np=4。增益整定PI速度控制器的參數(shù)：Kpmax=0．15，Kpmin=0．12，a=1，Kimax =0．009，η=5，ε=0．002。當(dāng)速度給定為變化的值時(shí)，速度響應(yīng)曲線如圖3所示。

可知，第一次設(shè)定值為750 r·min-1，由零第一次到達(dá)750 r．min-1用時(shí)約0．032 s，并且從響應(yīng)開始至到達(dá)穩(wěn)態(tài)用時(shí)約0．1 s，超調(diào)量約為6．6％。在0．17 s左右設(shè)定值突變?yōu)?00 r·min-1，在沒(méi)有超調(diào)的情況下，用時(shí)約0．08 s響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。在0．28 s左右給定值變?yōu)?00 r·min-1，同樣在沒(méi)有超調(diào)的情況下，約用0．08 s響應(yīng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)。就響應(yīng)速度和超調(diào)量來(lái)看，基本滿足一般的控制要求。

可知，在0．06 s處．當(dāng)突加一個(gè)750 r·rain-1的速度時(shí)，給定與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值相當(dāng)大，因而kp(t)由最小值突增到最大值，然后繼續(xù)保持在最大，而ki(t)則從最大驟然降為零，并保持在零處。在0．092 s左右，由于實(shí)際速度基本到達(dá)期望速度，因而，kp(t)由原來(lái)的最大值降為最小值，而ki(t)則由零突增到接近最大值，然后由于超調(diào)的產(chǎn)生，使得差值相對(duì)增大，因而積分作用再次減弱。比例放大作用再次增強(qiáng)。直至到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，kp(t)和ki(t)都趨向于一個(gè)適宜的穩(wěn)態(tài)值，使系統(tǒng)繼續(xù)保持穩(wěn)定。在后面兩個(gè)給定值發(fā)生變化的過(guò)程中，kp(t)與ki(t)的變化與第一個(gè)過(guò)程基本相同，在此不再贅述。由Matlab仿真的3個(gè)過(guò)程可知，比例與積分這兩個(gè)增益的協(xié)調(diào)變化與預(yù)先設(shè)想的相同，并且能夠使系統(tǒng)達(dá)到較滿意的控制效果，從而驗(yàn)證了理論分析的正確性。
3．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
結(jié)合上述理論分析和系統(tǒng)仿真，對(duì)理論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。圖5a為速度不斷變化時(shí)的速度響應(yīng)曲線?？芍?，當(dāng)期望值與起始值的差值較大時(shí)，kp(t)的作用很強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生足夠小的超調(diào)量；而當(dāng)差值較小時(shí)，則沒(méi)有超調(diào)，并在約0．1 s內(nèi)無(wú)靜差地到達(dá)期望值。這與系統(tǒng)仿真的結(jié)果基本相符。圖5b為速度在給定值為700 r·rain-1時(shí)的速度響應(yīng)曲線。可知，從起始的100 r·min-1到達(dá)給定的700 r·rain-1，用時(shí)約為0．1 s，且只有很小的超調(diào)量。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，按上述方法設(shè)計(jì)的控制器能夠在無(wú)需人為調(diào)節(jié)的情況下較好地滿足系統(tǒng)的控制要求，并且與仿真結(jié)果基本相符，再次證明了理論分析的正確性。

4 結(jié)論
需要指出，此處只是以速度控制器為例介紹了上述設(shè)計(jì)方法，此方法還可用于電流控制器的設(shè)計(jì)。由上述的理論分析、系統(tǒng)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知，使用增益整定PI速度控制器在參數(shù)不準(zhǔn)確和給定值頻繁變化的情況下，可以簡(jiǎn)單、快捷地達(dá)到較好的控制效果，可以很好地模擬手動(dòng)調(diào)節(jié)的過(guò)程，而無(wú)需人為地憑借經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)或者是經(jīng)過(guò)繁瑣的計(jì)算得出，因而這種增益整定控制器的設(shè)計(jì)方法有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。