永磁同步調速系統(tǒng)自整定PI速度控制器設計

3 仿真和實驗結果
3．1 仿真結果
通過Simulink進行仿真，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。電機參數：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：Kpmax=0．15，Kpmin=0．12，a=1，Kimax =0．009，η=5，ε=0．002。當速度給定為變化的值時，速度響應曲線如圖3所示。

可知，第一次設定值為750 r·min-1，由零第一次到達750 r．min-1用時約0．032 s，并且從響應開始至到達穩(wěn)態(tài)用時約0．1 s，超調量約為6．6％。在0．17 s左右設定值突變?yōu)?00 r·min-1，在沒有超調的情況下，用時約0．08 s響應達到穩(wěn)態(tài)。在0．28 s左右給定值變?yōu)?00 r·min-1，同樣在沒有超調的情況下，約用0．08 s響應到達穩(wěn)態(tài)。就響應速度和超調量來看，基本滿足一般的控制要求。

可知，在0．06 s處．當突加一個750 r·rain-1的速度時，給定與實際轉速的差值相當大，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，由于實際速度基本到達期望速度，因而，kp(t)由原來的最大值降為最小值，而ki(t)則由零突增到接近最大值，然后由于超調的產生，使得差值相對增大，因而積分作用再次減弱。比例放大作用再次增強。直至到達穩(wěn)態(tài)時，kp(t)和ki(t)都趨向于一個適宜的穩(wěn)態(tài)值，使系統(tǒng)繼續(xù)保持穩(wěn)定。在后面兩個給定值發(fā)生變化的過程中，kp(t)與ki(t)的變化與第一個過程基本相同，在此不再贅述。由Matlab仿真的3個過程可知，比例與積分這兩個增益的協(xié)調變化與預先設想的相同，并且能夠使系統(tǒng)達到較滿意的控制效果，從而驗證了理論分析的正確性。
3．2 實驗結果
結合上述理論分析和系統(tǒng)仿真，對理論進行了實驗驗證。圖5a為速度不斷變化時的速度響應曲線?？芍?，當期望值與起始值的差值較大時，kp(t)的作用很強，會產生足夠小的超調量；而當差值較小時，則沒有超調，并在約0．1 s內無靜差地到達期望值。這與系統(tǒng)仿真的結果基本相符。圖5b為速度在給定值為700 r·rain-1時的速度響應曲線?？芍?，從起始的100 r·min-1到達給定的700 r·rain-1，用時約為0．1 s，且只有很小的超調量。

由實驗結果可知，按上述方法設計的控制器能夠在無需人為調節(jié)的情況下較好地滿足系統(tǒng)的控制要求，并且與仿真結果基本相符，再次證明了理論分析的正確性。

4 結論
需要指出，此處只是以速度控制器為例介紹了上述設計方法，此方法還可用于電流控制器的設計。由上述的理論分析、系統(tǒng)仿真和實驗驗證可知，使用增益整定PI速度控制器在參數不準確和給定值頻繁變化的情況下，可以簡單、快捷地達到較好的控制效果，可以很好地模擬手動調節(jié)的過程，而無需人為地憑借經驗調節(jié)或者是經過繁瑣的計算得出，因而這種增益整定控制器的設計方法有很好的實際應用價值。