矢量控制PI調(diào)節(jié)

1、電力電子系統(tǒng)仿真作業(yè)矢量控制的PI調(diào)節(jié)1矢量控制的基本概念從直流電機(jī)調(diào)速原理知道，改變（即勵磁電流）或（即電樞電流）的大小，都能調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速n.當(dāng)和垂直時，如果忽略電樞反應(yīng)對磁路飽和的影響，單獨(dú)改變或，可以做到互不影響，這樣就可以通過改變其中的一個磁動勢獨(dú)立調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使直流電機(jī)具有較理想的調(diào)速特性。這種互不影響特性稱為或之間的解耦控制。這種調(diào)速的方法稱為矢量控制法。對于同步電機(jī)，我們只要站在同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上來觀察和處理和，即我們通常使用的將靜止坐標(biāo)變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)來分析，所以我們完全可以將控制直流電機(jī)的方法，即所謂的矢量控制，用到交流電機(jī)上。在矢量控制中，不用磁動勢來進(jìn)行分析運(yùn)算，而用它

2、產(chǎn)生的電流或者電動勢、電壓進(jìn)行分析運(yùn)算。2 坐標(biāo)變換2.1三相-兩相（3/2）變換或兩相-三相（2/3）變換如圖2.1，本來電樞磁動勢是由定子三相交流電流產(chǎn)生的，現(xiàn)在等效為以同步速旋轉(zhuǎn)的直流電流產(chǎn)生的。這就需要進(jìn)行各有關(guān)物理量之間的變換。從圖2.1可以看出在以同步速旋轉(zhuǎn)的M、T坐標(biāo)系里有兩個變量，即和，而定子三相交流電流有三個變量，、和。由于定子繞組與定子電流均為三相對稱，其電流，可見，實(shí)際也只有兩個變量。為此，首先將定子三相對稱電流轉(zhuǎn)換為定子兩相對稱電流。其轉(zhuǎn)換的原則是，轉(zhuǎn)換前后，其電樞磁動勢性質(zhì)保持不變。這就是說，由定子三相對稱交流產(chǎn)生的電樞磁動勢，與兩相對稱交流電流在兩相對稱繞組里產(chǎn)生的

3、磁動勢彼此相等，依次求出它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，兩相對稱交流電流用、表示。圖2.1 各坐標(biāo)軸系由三相轉(zhuǎn)換為兩相，稱為（3/2）變換，用矩陣表示為： 公式2.1 （2/3）轉(zhuǎn)換矩陣為 公式2.2 3矢量旋轉(zhuǎn)變換1）電流、得到后，經(jīng)過矢量旋轉(zhuǎn)變換，就可得到所需的電流、或、了，所謂的矢量旋轉(zhuǎn)變換，就是指靜止的直角坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)系之間的變換，如下圖3.1所示。圖3.1 坐標(biāo)軸系 公式3.1或 公式3.2式中，是軸與軸之間的夾角，是同步角速度，是時間，是初始位置角。靜止的、坐標(biāo)系變換到旋轉(zhuǎn)的、坐標(biāo)系的關(guān)系式為： 公式3.3式中是軸與軸之間的夾角，是初始位置角。2）直角坐標(biāo)軸系與極坐標(biāo)軸系之間的變換有

4、了前面求得的直角坐標(biāo)量后，就可以進(jìn)一步求得相應(yīng)的極坐標(biāo)量。 公式3.4 公式3.5上述矢量控制可以用控制直流電機(jī)的思路進(jìn)行，即將給定的直流量經(jīng)直、極坐標(biāo)變換，旋轉(zhuǎn)變換和2/3變換后，加在三相交流電機(jī)定子上；將所實(shí)測電機(jī)定子的三相交流電壓、電流經(jīng)3/2、旋轉(zhuǎn)變換和直、極坐標(biāo)變換，作為反饋量加以控制。4 PID調(diào)節(jié)在實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例 、積分 、微分控制，簡稱 PID控制，又稱 PID調(diào)節(jié)。PID控制器是通過對偏差信號 e (t)進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算，其結(jié)果的加權(quán)，得到控制器的輸出 u(t)，該值就是控制對象的控制值。在PI調(diào)節(jié)中一般我們都利用Z-N規(guī)則進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是

5、在本次任務(wù)中我們組用的經(jīng)驗(yàn)法調(diào)節(jié)的。具體方法是：(1)讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)S0=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，S1從0開始由小到大改變比例系數(shù)，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程。(2) 取比例系數(shù)S1為當(dāng)前值乘以0.83，由小到大的增加積分系數(shù)S0，同樣讓擾動信號作階躍變化，直到求得滿意的控制過程。5進(jìn)行 PI調(diào)節(jié)分析5.1調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)電流參數(shù)圖5.1 調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)電流PI調(diào)節(jié)由上述分析得知得到電流、電流后，經(jīng)過2r/2s矢量旋轉(zhuǎn)變換，就可得到所需的電流、公式，如下圖所示。 公式5.1得到的電流、后經(jīng)過三相感應(yīng)電動機(jī)再經(jīng)2s/2r得到電流、電流： 公式5.2得到的電流、電流以實(shí)際

6、值形式反饋到PI控制器的輸入端進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，接下來就是要進(jìn)行PI調(diào)節(jié)。首先調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)P，比較在P值變化時對控制性能的影響。圖5.2 P=10，I=0誤差圖5.3 P=100，I=0誤差曲線 圖5.4 P=1000，I=0誤差曲線由圖4，圖5，圖6比較可知，通過增加參數(shù)P的值，IT的輸出值更快的跟蹤給定值，并且偏差值越來越小。圖5.5 P=1000，I=100誤差曲線圖5.6 P=1000，I=1000誤差曲線由上圖可得，在此實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)參數(shù)P給定時，改變I的值，對實(shí)驗(yàn)效果的影響很小，因此，我們組選擇IT控制器的PI參數(shù)分別為P=1000.I=100。因?yàn)楫?dāng)參數(shù)PI的值再往上增加的時

7、候，對控制性能的影響很小，而在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)PI值越大時，實(shí)現(xiàn)起來越困難，成本越高。5.2調(diào)節(jié)速度閉環(huán)外環(huán)參數(shù)圖5.7 調(diào)節(jié)速度閉環(huán)的外環(huán)調(diào)節(jié)在內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，當(dāng)增加轉(zhuǎn)速外環(huán)后，觀測PI調(diào)節(jié)器參數(shù)的變化對轉(zhuǎn)速的改變圖5.8 P=0.1，I=0圖5.9 P=1，I=0圖5.10 P=10，I=0增加轉(zhuǎn)速外環(huán)后，當(dāng)改變PI參數(shù)時，由圖10和圖11比較可知，當(dāng)增大P值的時候，到達(dá)穩(wěn)定的時間由0.342s減小到0.2348s，系統(tǒng)性能有所改善，由圖12可知，當(dāng)再增加P值時，對性能的改善不大，所以選擇P=1。圖5.12 P=1，I=0.1圖5.13 P=1，I=0.35當(dāng)確定P值后改變I值的時候，對波形的改變基本沒有影響。所以選取P=1，I=0.35.5.3調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子磁通閉環(huán)外環(huán)參數(shù)圖5.14 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速磁通閉環(huán)外環(huán)調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)PI來調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速：圖5.15 P=0，I=0圖5.16 P=10，I=0圖5.17 P=50，I=0圖5.18 P=100,I=0由圖18圖19比較得知當(dāng)P=100和P=50時達(dá)到穩(wěn)定的時間以及電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化很小，故選取P=100就已足夠。圖5.19 P=100,I=10圖5.20 P=100,I=50由圖20