一種新型變結(jié)構(gòu)pi控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種新型變結(jié)構(gòu)Pi控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，如圖1所示的傳統(tǒng)線性PI控制器，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單在工業(yè)應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位。然而傳統(tǒng)線性PI控制器存在一些問題，比如控制參數(shù)整定困難、階躍響應(yīng)存在超調(diào)等。
[0003]針對(duì)傳統(tǒng)線性PI控制時(shí)階躍響應(yīng)的超調(diào)問題，文獻(xiàn)[I](韓京清.自抗擾控制技術(shù)一估計(jì)補(bǔ)償不確定因素的控制技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社.2008.)提出采用跟蹤微分器對(duì)階躍給定安排過渡過程來實(shí)現(xiàn)無超調(diào)控制，但存在參數(shù)調(diào)節(jié)復(fù)雜的問題。文獻(xiàn)[2](黃科元，周滔滔，黃守道，等.永磁伺服系統(tǒng)基于微分自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)目焖贌o超調(diào)控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29(09):137-144.)采用輸出微分負(fù)反饋來消除超調(diào)，然而輸出微分會(huì)引入噪聲，影響系統(tǒng)性能。為抑制噪聲，文獻(xiàn)[3](李光泉，葛紅娟，劉天翔，馬春江.永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的偽微分反饋控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào).2010，25 (08):18-23.)在文獻(xiàn)[2]的基礎(chǔ)上將PI控制改成I控制以構(gòu)成IP控制器，該方法盡管消除了超調(diào)，但對(duì)連續(xù)變化給定的跟蹤性能變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述【背景技術(shù)】提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種新型變結(jié)構(gòu)PI控制器，在解決階躍響應(yīng)超調(diào)問題的同時(shí)提高系統(tǒng)對(duì)連續(xù)變化給定的跟蹤性能。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種新型變結(jié)構(gòu)PI控制器，包括給定微分前饋環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、抗積分飽和環(huán)節(jié)、控制增益環(huán)節(jié)、限幅環(huán)節(jié)、加法器、第一減法器和第二減法器，所述第一減法器的正輸入端輸入給定信號(hào)，第一減法器的負(fù)輸入端輸入反饋信號(hào)，第一減法器的輸出端連接比例微分環(huán)節(jié)的輸入端，所述給定微分前饋環(huán)節(jié)的輸入端輸入前述給定信號(hào)，給定微分前饋環(huán)節(jié)的輸出端連接加法器的第一輸入端，加法器的第二輸入端連接積分環(huán)節(jié)的輸出端，加法器的輸出端連接控制增益環(huán)節(jié)的輸入端，控制增益環(huán)節(jié)的輸出端分別連接限幅環(huán)節(jié)的輸入端和第二減法器的正輸入端，限幅環(huán)節(jié)的輸出端作為控制器的輸出，同時(shí)限幅環(huán)節(jié)的輸出端連接第二減法器的負(fù)輸入端，所述抗積分飽和環(huán)節(jié)的輸入端分別連接比例積分環(huán)節(jié)的輸出端和第二減法器的輸出端，抗積分飽和環(huán)節(jié)的輸出端連接積分環(huán)節(jié)的輸入端。
[0007]其中，上述給定微分前饋環(huán)節(jié)為一階微分器。
[0008]其中，上述比例微分環(huán)節(jié)的比例系數(shù)為I。
[0009]其中，上述抗積分飽和環(huán)節(jié)采用遇限停止積分法，控制器進(jìn)入飽和區(qū)后，當(dāng)?shù)诙p法器的輸出值與比例微分環(huán)節(jié)的輸出值的乘積小于零時(shí)，積分環(huán)節(jié)的輸入值為比例微分環(huán)節(jié)的輸出值，當(dāng)?shù)诙p法器的輸出值與比例微分環(huán)節(jié)的輸出值的乘積大于等于零時(shí)，積分環(huán)節(jié)的輸入值為零。
[0010]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果:
[0011]本發(fā)明相較于傳統(tǒng)PI控制器，僅增加了給定微分前饋環(huán)節(jié)和控制增益環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)單可靠，通用性強(qiáng)，易于工業(yè)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明對(duì)階躍給定和連續(xù)變化給定呈現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)特性，在階躍給定的作用下等效于IP控制器，在連續(xù)變化給定的作用下等效于PI控制器，因此，本發(fā)明可以在保證階躍響應(yīng)無超調(diào)的同時(shí)提高對(duì)連續(xù)變化給定的跟蹤性能。
【附圖說明】
[0012]圖1是傳統(tǒng)PI控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0013]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖3是本發(fā)明在連續(xù)變化給定下的等效框圖；
[0015]圖4是本發(fā)明在階躍給定下的等效框圖；
[0016]圖5是采用本發(fā)明的永磁同步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖6是PI控制器、IP控制器以及本發(fā)明在階躍給定為80rpm空載起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速仿真波形圖；
[0018]圖7是PI控制器、IP控制器以及本發(fā)明在階躍給定為80rpm空載起動(dòng)時(shí)的交軸電流仿真波形圖；
[0019]圖8是PI控制器、IP控制器以及本發(fā)明在階躍給定為800rpm空載起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速仿真波形圖；
[0020]圖9是PI控制器、IP控制器以及本發(fā)明在階躍給定為800rpm空載起動(dòng)時(shí)的交軸電流仿真波形圖；
[0021]圖10是本發(fā)明在階躍給定為800rpm空載起動(dòng)、系統(tǒng)帶寬ωη*別為80、160和320時(shí)的仿真波形圖；
[0022]圖11是PI控制器、IP控制器以及本發(fā)明在ωη= 80、給定500rpm/5Hz的正弦轉(zhuǎn)速時(shí)，系統(tǒng)的正弦跟蹤響應(yīng)的仿真波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]如圖2所示本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，一種新型變結(jié)構(gòu)PI控制器，包括給定微分前饋環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、抗積分飽和環(huán)節(jié)、控制增益環(huán)節(jié)、限幅環(huán)節(jié)、加法器、第一減法器和第二減法器，所述第一減法器的正輸入端輸入給定信號(hào)，第一減法器的負(fù)輸入端輸入反饋信號(hào)，第一減法器的輸出端連接比例微分環(huán)節(jié)的輸入端，所述給定微分前饋環(huán)節(jié)的輸入端輸入前述給定信號(hào)，給定微分前饋環(huán)節(jié)的輸出端連接加法器的第一輸入端，加法器的第二輸入端連接積分環(huán)節(jié)的輸出端，加法器的輸出端連接控制增益環(huán)節(jié)的輸入端，控制增益環(huán)節(jié)的輸出端分別連接限幅環(huán)節(jié)的輸入端和第二減法器的正輸入端，限幅環(huán)節(jié)的輸出端作為控制器的輸出，同時(shí)限幅環(huán)節(jié)的輸出端連接第二減法器的負(fù)輸入端，所述抗積分飽和環(huán)節(jié)的輸入端分別連接比例積分環(huán)節(jié)的輸出端和第二減法器的輸出端，抗積分飽和環(huán)節(jié)的輸出端連接積分環(huán)節(jié)的輸入端?？刂圃鲆姝h(huán)節(jié)輸出理論控制量，限幅環(huán)節(jié)輸出實(shí)際控制量。
[0025]在本實(shí)施例中，給定微分前饋環(huán)節(jié)為一階微分器。
[0026]在本實(shí)施例中，比例微分環(huán)節(jié)的比例系數(shù)為I。
[0027]在本實(shí)施例中，抗積分飽和環(huán)節(jié)采用遇限停止積分法，當(dāng)控制器進(jìn)入飽和區(qū)后，當(dāng)?shù)诙p法器的輸出值與比例微分環(huán)節(jié)的輸出值的乘積小于零時(shí)，積分環(huán)節(jié)的輸入值為