專利名稱：一種異步電機pi參數(shù)在線調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變頻調(diào)速系統(tǒng)，尤其是異步電機PI參數(shù)在線調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的PI控制器大量地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，取得了良好的效果。但是常規(guī)的PI控制器一般只適用于線形系統(tǒng)，且不能根據(jù)實際情況在線調(diào)整Kp、Ki參數(shù)。針對變頻調(diào)速系統(tǒng)中存在的摩擦，電機齒槽效應(yīng)，轉(zhuǎn)速偏差范圍大等非線形因素，常規(guī)的PI控制器已很難對調(diào)速的整個過程精確控制。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)變化時，比如異步電機加減速的過程，特別是當(dāng)電機快速啟動或快速停機的過程中，速度偏差以及速度偏差變化率的范圍都比較寬，常規(guī)PI控制器的參數(shù)不能自動調(diào)整，從而使控制器性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種異步電機PI參數(shù)在線調(diào)整方法，使得當(dāng)前PI參數(shù)總能滿足當(dāng)前工況的需要。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種異步電機PI參數(shù)在線調(diào)整方法，其特征在于包括以下步驟I)制定Aki, Akp控制規(guī)則表；Aki, Akp控制規(guī)則表如表1，表2所示，根據(jù)論域里的數(shù)把論域分為7個部分，其中NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB分別表示負大，負中，負小，零，正小，正中，正大，均代表確定的常數(shù)；控制規(guī)則表的橫坐標(biāo)為ec，縱坐標(biāo)為e ;其中Λ kp，Δ Iii分別表示P，I參數(shù)的變化值；e為轉(zhuǎn)速偏差值，ec為轉(zhuǎn)速偏差變化率；制定Λ ki; Δ kp控制規(guī)則表具體的原則是I. I)當(dāng)e為PB或NB時，為迅速調(diào)整誤差，取Kp為正大，Ki為正??；I. 2)當(dāng)e*eC>0時，說明誤差在向誤差絕對值變大的趨勢變化，為迅速減小誤差絕對值，取K為正大，Ki為正小；I. 3)當(dāng)e*ec〈0或e=0時，說明誤差絕對值朝減小的方向變化，或者已達到平衡狀態(tài)，可采取保持參數(shù)不變；1. 4)當(dāng)e*ec=0且e! =0時，表明系統(tǒng)曲線與理論曲線平行或一致，為使系統(tǒng)有良好的穩(wěn)態(tài)性能，取Kp為正大，Ki為正大；2)根據(jù)電機運行速度，判斷電機的當(dāng)前運行狀態(tài)；當(dāng)電機運行速度為設(shè)定速度時，置電機狀態(tài)為穩(wěn)速運行狀態(tài)；本發(fā)明主要針對電機的動態(tài)性能做優(yōu)化，當(dāng)電機穩(wěn)速運行時，穩(wěn)態(tài)精度已經(jīng)很高，如果加入模糊PI控制，會使PI參數(shù)過于敏感，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以本發(fā)明以電機的運行狀態(tài)作為判斷依據(jù)，當(dāng)電機穩(wěn)態(tài)運行時采用常規(guī)PI控制方式，當(dāng)電機加減速運行時，采用模糊PI控制方式。3)當(dāng)電機穩(wěn)速運行時，采用常規(guī)PI控制；
4)當(dāng)電機加減速運行時，采用模糊PI控制，根據(jù)e和ec的值對PI參數(shù)進行在線自整定至電機穩(wěn)態(tài)運行；具體步驟為a)根據(jù)e和ec的值的分布范圍，確定論域和比例系數(shù)Ke和Kec，并得到新的Δ ki; Δ kp控制規(guī)則表；其具體方法為讓電機在開環(huán)的情況下做急起，急停運轉(zhuǎn)；計算電機運行時的速度偏差e和速度偏差變化率ec，確定e和ec的值的分布范圍；然后確定e和ec的論域；然后分別確定e和ec的比例因子Ke和Kec，根據(jù)確定的論域把Λ ki； Δ kp控制規(guī)則表精確化得到新的Λ ki； Δ kp控制規(guī)則表，即得到兩組可應(yīng)用于C語言程序中的數(shù)組；其中e和ec的計算方法為通過這次的轉(zhuǎn)速減去上次的轉(zhuǎn)速，得到轉(zhuǎn)速偏差值e ;通過這次的轉(zhuǎn)速偏差減去上次的轉(zhuǎn)速偏差，得到偏差變化率ec。
b)對PI參數(shù)的初始值進行設(shè)定；c)對PI參數(shù)進行在線自整定Cl)根據(jù)電機運行速度計算e和ec的值；c2)根據(jù)e和ec的值計算并查找Λ ki； Δ kp控制規(guī)則表得到Λ Iii和Λ kp 步驟c2)具體為先計算查表用到的橫坐標(biāo)te。和縱坐標(biāo)te，也就是用偏差e和偏差變化率ec分別乘以它們各自的比例因子得到；即tec=ec*Kec, te=e*Ke再根據(jù)橫坐標(biāo)te。和縱坐標(biāo)te，查表得到Λ ki；Akp；c3)根據(jù)計算的Λ ki和Λ kp來更新Kp、Ki值；具體可以采取以下方法通過手動調(diào)節(jié)增益倍數(shù)來控制每次增量的大小，更新Κρ、1值；具體公式是Kp = KPU* Δ Kp-Kp'，其中是上次的Kp參數(shù)值，KPU是Kp參數(shù)的增益倍數(shù)；Ki=KIWAK^Ki'，其中Ki'是上次的Ki值，KIU是Ki參數(shù)的增益倍數(shù)；其中KIU，KPU的確定方法為先把KIU設(shè)為0，由小到大調(diào)節(jié)KPU參數(shù)，觀察速度波形，KPU過大會引起速度震蕩，當(dāng)速度處于不震蕩到震蕩這個臨界點的時候，取此時的KPU參數(shù)；設(shè)定KPU參數(shù)，再調(diào)節(jié)KIU參數(shù)，也是從小到大往上調(diào)，當(dāng)?shù)玫綕M意的響應(yīng)速度以及沒有靜差時，確定為最好的KIU參數(shù)。進一步的，步驟c)對PI參數(shù)進行在線自整定每Ims執(zhí)行一次。本發(fā)明的有益效果為(I)采用模糊自適應(yīng)的方法，調(diào)整PI參數(shù)，使得當(dāng)前PI參數(shù)總能滿足當(dāng)前工況的需要；(2)使用本方法對PI參數(shù)進行調(diào)整能加快反應(yīng)時間，改善電機動態(tài)性能。


圖I為本發(fā)明一個實施例中PI參數(shù)自調(diào)整流程圖。圖2為本發(fā)明一個實施例中常規(guī)PI與模糊PI的效果對比圖。
圖3為本發(fā)明一個實施例中加減速時間與設(shè)定速度的關(guān)系圖。圖4為本發(fā)明一個實施例中防真下常規(guī)PI與模糊PI的效果對比圖。
具體實施例方式本實施方式采取增量式PI控制器為常規(guī)的PI控制器，普通PI控制作用可由下式來表達
權(quán)利要求
1.一種異步電機PI參數(shù)在線調(diào)整方法，其特征在于包括以下步驟 1)制定Λki； Δ kp控制規(guī)則表；控制規(guī)則表的橫坐標(biāo)為ec，縱坐標(biāo)為e ;其中Λ kp，Δ Iii分別表示P，I參數(shù)的變化值；e為轉(zhuǎn)速偏差值，ec為轉(zhuǎn)速偏差變化率； 2)根據(jù)電機運行速度，判斷電機的當(dāng)前運行狀態(tài)；當(dāng)電機運行速度為設(shè)定速度時，置電機狀態(tài)為穩(wěn)速運行狀態(tài)； 3)當(dāng)電機穩(wěn)速運行時，采用常規(guī)PI控制； 4)當(dāng)電機加減速運行時，采用模糊PI控制，根據(jù)e和ec的值對PI參數(shù)進行在線調(diào)整直至電機穩(wěn)速運行； 具體步驟為 a)根據(jù)e和ec的值的分布范圍，確定論域和e、ec的比例系數(shù)Ke、Kec，并得到新的Δ ki; Δ kp控制規(guī)則表； b)對PI參數(shù)的初始值進行設(shè)定； c)對PI參數(shù)進行在線自整定 Cl)根據(jù)電機運行速度計算e和ec的值； c2)根據(jù)e和ec的值計算并查找Λ ki； Δ kp控制規(guī)則表得到Λ k,和Λ kp c3)根據(jù)計算的Λ ki和Λ kp來更新Kp、Ki值。
2.如權(quán)利要求I所述的異步電機PI參數(shù)在線調(diào)整方法，其特征在于步驟I)制定Δ ki； Δ kp控制規(guī)則表，根據(jù)論域里的數(shù)把論域分為7個部分負大，負中，負小，零，正小，正中，正大；它們都代表一個常數(shù)，其具體原則是 I. I)當(dāng)e為正大或負大時，為迅速調(diào)整誤差，取Kp為正大，Ki為正?。? I. 2)當(dāng)e*eC>0時，說明誤差在向誤差絕對值變大的趨勢變化，為迅速減小誤差絕對值，取Kp為正大，Ki為正?。? I.3)當(dāng)e*ec〈0或e=0時,說明誤差絕對值朝減小的方向變化,或者已達到平衡狀態(tài),可采取保持參數(shù)不變； L 4)當(dāng)e*ec=0且e!=0時，表明系統(tǒng)曲線與理論曲線平行或一致，為使系統(tǒng)有良好的穩(wěn)態(tài)性能，取Kp為正大，Ki為正大。
3.如權(quán)利要求2所述的異步電機PI參數(shù)在線調(diào)整方法，其特征在于步驟4)中實現(xiàn)步驟a)的具體方法為讓電機在開環(huán)的情況下做急起，急停運轉(zhuǎn)；計算電機運行時的速度偏差e和速度偏差變化率ec，確定e和ec的值的分布范圍；然后確定e和ec的論域；然后分別確定e和ec的比例因子Ke和Kec，根據(jù)確定的論域把Λ ki； Δ kp控制規(guī)則表精確化得到新的Λ ki； Δ kp控制規(guī)則表，即得到兩組可應(yīng)用于C語言程序中的數(shù)組；其中e和ec的計算方法為通過這次的轉(zhuǎn)速減去上次的轉(zhuǎn)速，得到轉(zhuǎn)速偏差值e ;通過這次的轉(zhuǎn)速偏差減去上次的轉(zhuǎn)速偏差，得到偏差變化率ec。
4.如權(quán)利要求2所述的異步電機PI參數(shù)在線調(diào)整方法，其特征在于步驟4)中實現(xiàn)步驟c2)的具體方法為 先計算查表用到的橫坐標(biāo)U和縱坐標(biāo):用偏差和偏差變化率分別乘以它們各自的比例因子得到；即:tec=ec*Kec, te=e*Ke ； 再根據(jù)橫坐標(biāo)te。和縱坐標(biāo)te，查表得到Λ ki; Λ kp。
5.如權(quán)利要求2所述的異步電機PI參數(shù)在線調(diào)整方法，其特征在于在步驟4)的步驟c3)中通過手動調(diào)節(jié)增益倍數(shù)來控制每次增量的大小，更新Kp、Ki值；具體公式是 Kp = KPU* Δ Kp-Kp'， 其中Kp'是上次的Kp參數(shù)值，KPU是Kp參數(shù)的增益倍數(shù)； Ki=KIWAKfKi'， 其中K/是上次的Ki值，KIU是ki參數(shù)的增益倍數(shù)； 其中KIU，KPU的確定方法為先把KIU設(shè)為O，由小到大調(diào)節(jié)KPU參數(shù)，觀察速度波形，KPU過大會引起速度震蕩，當(dāng)速度處于 不震蕩到震蕩這個臨界點的時候，取此時的KPU參數(shù)；設(shè)定KPU參數(shù)，再調(diào)節(jié)KIU參數(shù)，也是從小到大往上調(diào)，當(dāng)?shù)玫綕M意的響應(yīng)速度以及沒有靜差時，確定為最好的Kiu參數(shù)。
6.如權(quán)利要求2所述的異步電機PI參數(shù)在線調(diào)整方法，其特征在于在步驟4)的步驟c)每Ims執(zhí)行一次。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種異步電機PI參數(shù)在線調(diào)整方法，該方法包括以下步驟根據(jù)一定的原則制定P，I參數(shù)變化值的控制規(guī)則表；根據(jù)電機運行速度，判斷電機的當(dāng)前運行狀態(tài)；當(dāng)電機穩(wěn)速運行時，采用常規(guī)PI控制；當(dāng)電機加減速運行時，采用模糊PI控制，對PI參數(shù)進行在線自整定至電機穩(wěn)態(tài)運行，包括根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差值e和轉(zhuǎn)速偏差變化率ec的值的分布范圍，確定論域和e、ec的比例系數(shù)Ke、Kec，并得到新的控制規(guī)則表；對PI參數(shù)的初始值進行設(shè)定；對PI參數(shù)進行在線自整定。本發(fā)明采用模糊自適應(yīng)的PI控制方法，調(diào)整PI參數(shù)，使得當(dāng)前PI參數(shù)總能滿足當(dāng)前工況的需要，使用本方法對PI參數(shù)進行調(diào)整能加快反應(yīng)時間，改善電機動態(tài)性能。
文檔編號H02P25/02GK102739151SQ20121022306
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者劉亮, 盧家斌, 葉亞寧, 康現(xiàn)偉, 徐暉, 李傳濤, 李四川, 李海東, 王勝勇 申請人:中冶南方(武漢)自動化有限公司