電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐 課件 第4章 反饋控制

電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐上篇 1. 脈沖寬度調(diào)制 2. 正弦波脈寬調(diào)制 3. 信號(hào)濾波 4. 反饋控制

5. 坐標(biāo)變換 6. 空間電壓矢量脈寬調(diào)制 下篇 7. 電力電子技術(shù)的PLECS仿真實(shí)驗(yàn) 8. 電力電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn) 電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐4. 反饋控制

4.1 閉環(huán)系統(tǒng) 4.2 PID控制技術(shù) 4.3 PID調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 4.1 閉環(huán)系統(tǒng)4.1.1基本概念和方法控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出（被控制量）會(huì)反送至輸入端，形成一個(gè)或多個(gè)閉合環(huán)路，并且影響控制器的輸出。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋。閉環(huán)控制系統(tǒng)有穩(wěn)定性、快速性、精確性三個(gè)基本要求。圖41閉環(huán)系統(tǒng)4.1 閉環(huán)系統(tǒng)4.1.1基本概念和方法典型的系統(tǒng)輸入信號(hào)域：時(shí)域、頻域、復(fù)頻域、z域傅里葉變換，頻域頻域拉普拉斯變換，傳遞函數(shù)、復(fù)頻域時(shí)域的離散化，z域4.1 閉環(huán)系統(tǒng)4.1.2PID原理設(shè)系統(tǒng)給定值r(t)，實(shí)際輸出值c(t)，誤差（1）比例（P）控制u(t)=KP*e(t)（2）積分（I）控制PI控制（3）微分（D）控制PD控制4.1 閉環(huán)系統(tǒng)4.1.2PID原理（4）PID控制積分系數(shù)KI=KP/TI，微分系數(shù)KD=KPTD。圖46PID控制系統(tǒng)響應(yīng)4.1 閉環(huán)系統(tǒng)4.1.3各個(gè)校正環(huán)節(jié)的作用(1)比例環(huán)節(jié)成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)比例系數(shù)KP的大小，KP值越大則過渡過程越短，控制結(jié)果的靜態(tài)偏差也越小。(2)積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分時(shí)間常數(shù)TI的大小，TI越大則積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。(3)微分環(huán)節(jié)反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速度)微分時(shí)間常數(shù)TD的大小，TD越大則抑制偏差變化的作用越強(qiáng)，反之則越小。4.2 PID控制技術(shù)4.2.1數(shù)字PID控制位置式PID控制增量式PID控制或其中當(dāng)前時(shí)刻、前一時(shí)刻、再前一時(shí)刻的誤差值為：4.2 PID控制技術(shù)4.2.2PID控制算法改進(jìn)（1）比例先行控制算法（2）微分先行算法4.2 PID控制技術(shù)4.2.2PID控制算法改進(jìn)（3）積分分離PID算法在系統(tǒng)誤差較大時(shí)，取消積分作用，在誤差減小到一定值后，再加上積分作用。這樣就可以既減小了超調(diào)量，改善動(dòng)態(tài)特性，又保持了積分作用。Ts為采樣時(shí)間，α為積分項(xiàng)的開關(guān)系數(shù)：（4）不完全微分PID控制算法

為位置跟蹤偏差。其中，e0是一個(gè)可調(diào)參數(shù)，其具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象由實(shí)驗(yàn)確定。

4.2 PID控制技術(shù)4.2.3PID整定（1）Lambda整定方法Lambda整定以所需的閉環(huán)響應(yīng)速度實(shí)現(xiàn)回路的非振蕩響應(yīng)，通過選擇一個(gè)閉環(huán)時(shí)間常數(shù)（通常稱為L(zhǎng)ambda）來設(shè)置響應(yīng)速度。（2）試湊法PID整定第一步，整定比例環(huán)節(jié)第二步，加入積分環(huán)節(jié)第三步，加入微分環(huán)節(jié)比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，振蕩次數(shù)增多，調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)。增加積分環(huán)節(jié)，消除系統(tǒng)的余差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。增加微分環(huán)節(jié)，有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度。4.3 PID調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)4.3.1PID調(diào)節(jié)器的模擬電路實(shí)現(xiàn)圖49由模擬運(yùn)放構(gòu)成的P、I、D電路圖4-10模擬PID控制電路原理圖4.3 PID調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)4.3.2微控制器的PID位置型算法實(shí)現(xiàn)5. typedefstructPID{6. doubleSetPoint;//目標(biāo)值7. doubleProportion;//比例系數(shù)Kp8. doubleIntegral;

//積分系數(shù)KI9. doubleDerivative;

//微分系數(shù)Kd10. doubleLastError;//誤差Error[-1]11. doublePrevError;//誤差Error[-2]12. doubleSumError;//誤差和13. }PID;//結(jié)構(gòu)體14. /*=============位置式PID======================*/15. doublePIDCalc(PID*pp,doubleNextPoint);16. /*=============增量式PID=======================*/17. doubleIncPIDCalc(PID*pp,doubleNextPoint);4.3 PID調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)4.3.2微控制器的PID位置型算法實(shí)現(xiàn)3. /*=============位置式PID計(jì)算==================*/4. doublePIDCalc(PID*pp,doubleNextPoint)5. {6. doubledError,Error;7. Error=pp->SetPoint-NextPoint;//誤差8. pp->SumError+=Error;//累加，積分9. dError=Error-pp->LastError;//差分10. pp->PrevError=pp->LastError;11. pp->LastError=Error;//更新12. return(pp->Proportion*Error+pp->Integral*pp->SumError+pp->Derivative*dError);13. }4.3 PID調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)4.3.2微控制器的PID位置型算法實(shí)現(xiàn)14. /*=============增量式PID計(jì)算==================*/15. doubleIncPIDCalc(PID*pp,doubleNextPoint)16. {17. registerdoubleiError,iIncpid;//參數(shù)18. iError=pp->SetPoint-NextPoint;//誤差19. iIncpid=(pp->Proportion+pp->Integral+pp->Derivative)*iError20. -(pp->Proportion+2*pp->Derivative)*pp->LastError21. +pp->Derivative*pp->PrevError;

22. pp->PrevError=pp->LastError;//更新23. pp->LastError=iError;24. return(iIncpid);

//計(jì)算結(jié)果25. }4.3 PID調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)例反饋環(huán)節(jié)為常數(shù)0.2，如果需要輸出值110，則設(shè)置setpoint的值為110*0.2=22。執(zhí)行結(jié)構(gòu)假定為一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，用一個(gè)一階低通濾波器實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)Fcn1。圖4-12

位置法PID系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)的波形4.3 PID調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)4.3.3微控制器的PID增量型算法實(shí)現(xiàn)濾波函數(shù)doublefilter(doublefilter_in,doublelast_filter_out)中的參數(shù)a，取值在0~1之間圖4-13增量法PID輸出數(shù)據(jù)波形4.3 PID調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)4.3.3微控制器的PID增量型算法實(shí)現(xiàn)主程序設(shè)置了超調(diào)量Overshoot和調(diào)節(jié)精度超限時(shí)直接限幅退出調(diào)節(jié)，達(dá)到設(shè)定