深度分析变结构PID

经典PID:

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变结构PID

变结构PID控制,能够根据系统的瞬时误差实时改变控制器的结构和参数,从而在提高响应速度、减小超调量的同时,提高稳态精度和低速性能。

1.比例增益

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2.积分增益

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3.参数设置

电机参数:

额定功率

565W

额定转速

6332rpm

额定电压

48V

额定电流

13.5A

电阻

0.4Ω

转矩常数

73mNm/A

电感

0.18mH

转动惯量

113gcm2

相绕组漏电感

0.144mH

反电动势常数

7.6V/Krpm

相绕组励磁电感

0.036mH

极对数

2

 

经典PID参数仿真

使用普通PID控制PMSM.仿真时间0.1s,采样时间10-6s,转速设定值20r/s。不同P、I参数仿真效果如图。

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经典PID仿真比例系数Kp取值范围1-2.5,得最佳比例系数Kp=1.3。

 

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经典PID仿真积分系数Ki取值范围80-200,得最佳积分系数Ki=200.

PI理论计算参数与实际参数对比:

 

Kp

Ki

理论计算结果

0.01

142

调试结果

1.2

200

 

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使用变结构PID控制PMSM.仿真时间0.1s,采样时间10-6s,转速设定值20r/s。

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变结构PI设计参数与实际参数对比:

 

ap

bp

cp

ai

ci

设计值

1

1.5

30

200

5

调试值

1

6

30

200

5

 

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设定转速

上升时间/ms

调节时间/ms

超调量/%

稳态误差/rps

变结构PI

20r/s

1.6

2.6

0

0.1

经典PI

20r/s

2.15

3.1

2

0.2

 

从上述仿真图和数据表格可以看出变结构PI较传统PI控制上升时间由2.15ms降到1.6ms,降低了25.6%,调节时间由3.1ms降到2.6ms,降低了16%,可见快速性总体有所提高,超调量变为0,超调量得到有效的抑制,稳态误差也有明显变小。

通常积分环节与比例环节存在一定的矛盾,变结构PI控制就是基于误差变化实时改变PI参数克服上述矛盾,通过实验可以得出变结构PI控制效果好于传统的经典PI控制。

综上:采用变结构PI控制器,电机的速度控制响应快、无超调,调节时间短,稳态精度高,运行平稳。

 

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