第8卷第5期 智能系统学报 Vol.8 No.5 2013年10月 CAAI Transactions on Intelligent Systems 0ct.2013 D0:10.3969/j.issn.1673-4785.201209043 网络出版地址：http://www.enki..net/kcms/detail/23.1538.TP.20130515.0937.009.html PI参数混合整定法在闭环矢量控制系统中的应用 李鹏，王胜勇，卢家斌，黄心汉2 (1.中治南方（武汉）自动化有限公司研发部，湖北武汉430205：2.华中科技大学控制科学与工程系，湖北武汉 430074) 摘要：为使闭环矢量控制系统工作在最佳状态，提出了基于模型的离线式整定与模糊PI在线整定相结合的混合整 定法.该方法首先根据矢量控制原理推导出系统的数学模型，采用恒转矩启动并自由停机的方法计算出转动惯量然 后根据数学模型计算PI参数和内环补偿量，构建了模糊PI控制器，提出了新的PI控制规则表最后的对比实验表 明，PI参数混合整定法提高了系统的动态性能和稳态精度，优于仅采用单一整定法的系统，验证了方法的有效性。 关键词：PI参数；PI参数整定；矢量控制：闭环矢量控制；模糊控制 中图分类号：TP29文献标志码：A文章编号：1673-4785(2013)05-0446-07 中文引用格式：李鹅，王胜勇，卢家斌，等.PI参数混合整定法在闭环矢量控制系统中的应用[J].智能系统学报，2013,8(5)：446452. 英文引用格式：LI Peng,WANG Shengyong,LU Jiabin,etal.The application of hybrid PI parameters tunning method to the closed-loop vector control system[J].CAAI Transactions on Intelligent Systems,2013,8(5):446-452. The application of hybrid PI parameters tunning method to the closed-loop vector control system LI Peng',WANG Shengyong',LU Jiabin',HUANG Xinhan2 (1.Research Department,WISDRI (Wuhan)Automation Co.,Ltd,Wuhan 430205,China;2.Department of Control Science and Engineering,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China) Abstract:In order to make closed-loop vector control system work in the best status,a hybrid tuning method was introduced,which combines a model-based offline tuning method with a fuzzy PI online tuning method.First of all, the mathematical model of the system was constructed in accordance to the vector control theory,and the moment of inertia was calculated using the method of a constant-torque startup and freely stopping system.After that the PI pa- rameters and the inner loop compensations were calculated according to the mathematical model.Next,a fuzzy PI controller was structured,and the new PI control rule forms were put forward.The final contrastive experiments in- dicate that the hybrid PI parameters tuning method improves the dynamic performance and the steady-state precision of the system,and it is better than the system which only adopts a single tuning method.The validity of the method was justified. Keywords:PI parameters;PI parameters tuning;vector control;closed-loop vector control;fuzzy control PD控制是迄今为止最通用的控制算法」 在对异步交流电机的控制中，通常采用矢量控 1915一1940年PD控制器经历了从产生到普及的 制与PID控制器相结合的方式，PD的参数整定可 过程，推动了工业的极大进步.尽管自1940年至今， 分为离线式和在线式2种.离线式整定完全基于系 大量的专家学者提出了许多先进控制方法，但PD 统模型，但交流电机模型复杂，难以构建精确模型； 控制器以其结构简单、计算量小、易于实现、鲁棒性 在线式整定一般采用智能算法，如模糊算法[34]、神 强等诸多优点，仍被广泛应用于冶金、化工、电力和 经网络[56等，不依赖系统模型，但容易陷入局部最 机械等各种工业过程控制中[。 优值.当前许多应用中基本都采用较为简单且易实 现的在线整定，不用花费大量精力构建系统数学模 收稿日期：2012-09-20.网络出版日期：2013-05-15. 通信作者：李鹏.E-mail:98504@wisdri.com 型，因此整定效果有限[9).目前比较流行且有效的第 ８ 卷第 ５ 期 智 能 系 统 学 报 Ｖｏｌ.８ №.５ ２０１３ 年 １０ 月 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｏｃｔ. ２０１３ ＤＯＩ:１０.３９６９ / ｊ.ｉｓｓｎ.１６７３￣４７８５.２０１２０９０４３ 网络出版地址:ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.ｃｎｋｉ.ｎｅｔ / ｋｃｍｓ/ ｄｅｔａｉｌ / ２３.１５３８.ＴＰ.２０１３０５１５.０９３７.００９.ｈｔｍｌ ＰＩ 参数混合整定法在闭环矢量控制系统中的应用 李鹏１ ꎬ王胜勇１ ꎬ卢家斌１ ꎬ黄心汉２ (１.中冶南方(武汉)自动化有限公司 研发部ꎬ湖北 武汉 ４３０２０５ꎻ ２.华中科技大学 控制科学与工程系ꎬ湖北 武汉 ４３００７４) 摘 要:为使闭环矢量控制系统工作在最佳状态ꎬ提出了基于模型的离线式整定与模糊 ＰＩ 在线整定相结合的混合整 定法.该方法首先根据矢量控制原理推导出系统的数学模型ꎬ采用恒转矩启动并自由停机的方法计算出转动惯量.然 后根据数学模型计算 ＰＩ 参数和内环补偿量ꎬ构建了模糊 ＰＩ 控制器ꎬ提出了新的 ＰＩ 控制规则表.最后的对比实验表 明ꎬＰＩ 参数混合整定法提高了系统的动态性能和稳态精度ꎬ优于仅采用单一整定法的系统ꎬ验证了方法的有效性. 关键词:ＰＩ 参数ꎻＰＩ 参数整定ꎻ矢量控制ꎻ闭环矢量控制ꎻ模糊控制 中图分类号:ＴＰ２９ 文献标志码:Ａ 文章编号:１６７３￣４７８５(２０１３)０５￣０４４６￣０７ 中文引用格式:李鹏ꎬ王胜勇ꎬ卢家斌ꎬ等.ＰＩ 参数混合整定法在闭环矢量控制系统中的应用[Ｊ].智能系统学报ꎬ ２０１３ꎬ ８(５): ４４６￣４５２. 英文引用格式:ＬＩ Ｐｅｎｇꎬ ＷＡＮＧ Ｓｈｅｎｇｙｏｎｇꎬ ＬＵ Ｊｉａｂｉｎꎬ ｅｔ ａｌ. Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ＰＩ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｕｎｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ￣ｌｏｏｐ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ[Ｊ]. ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓꎬ ２０１３ꎬ ８(５): ４４６￣４５２. Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ＰＩ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｕｎｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ￣ｌｏｏｐ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ＬＩ Ｐｅｎｇ １ ꎬ ＷＡＮＧ Ｓｈｅｎｇｙｏｎｇ １ ꎬ ＬＵ Ｊｉａｂｉｎ １ ꎬ ＨＵＡＮＧ Ｘｉｎｈａｎ ２ (１. Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔꎬ ＷＩＳＤＲＩ (Ｗｕｈａｎ) Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄꎬ Ｗｕｈａｎ ４３０２０５ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２. Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｗｕｈａｎ ４３００７４ꎬ Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｃｌｏｓｅｄ￣ｌｏｏｐ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｏｒｋ ｉｎ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｓｔａｔｕｓꎬ ａ ｈｙｂｒｉｄ ｔｕｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄꎬ ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ａ ｍｏｄｅｌ￣ｂａｓｅｄ ｏｆｆｌｉｎｅ ｔｕｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ａ ｆｕｚｚｙ ＰＩ ｏｎｌｉｎｅ ｔｕｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ. Ｆｉｒｓｔ ｏｆ ａｌｌꎬ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｅｒｔｉａ ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａ ｃｏｎｓｔａｎｔ￣ｔｏｒｑｕｅ ｓｔａｒｔｕｐ ａｎｄ ｆｒｅｅｌｙ ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ. Ａｆｔｅｒ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＰＩ ｐａ￣ ｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｌｏｏｐ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ. Ｎｅｘｔꎬ ａ ｆｕｚｚｙ ＰＩ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｗａｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｗ ＰＩ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｕｌｅ ｆｏｒｍｓ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ. Ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ￣ ｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｙｂｒｉｄ ＰＩ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｕｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｅａｄｙ￣ｓｔａｔｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍꎬ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｏｎｌｙ ａｄｏｐｔｓ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｔｕｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ. Ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｊｕｓｔｉｆｉｅｄ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＰＩ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎻ ＰＩ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｕｎｉｎｇꎻ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌꎻ ｃｌｏｓｅｄ￣ｌｏｏｐ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌꎻ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ 收稿日期:２０１２￣０９￣２０. 网络出版日期:２０１３￣０５￣１５. 通信作者:李鹏. Ｅ￣ｍａｉｌ: ９８５０４＠ ｗｉｓｄｒｉ.ｃｏｍ. ＰＩＤ 控 制 是 迄 今 为 止 最 通 用 的 控 制 算 法. １９１５—１９４０ 年 ＰＩＤ 控制器经历了从产生到普及的 过程ꎬ推动了工业的极大进步.尽管自 １９４０ 年至今ꎬ 大量的专家学者提出了许多先进控制方法ꎬ但 ＰＩＤ 控制器以其结构简单、计算量小、易于实现、鲁棒性 强等诸多优点ꎬ仍被广泛应用于冶金、化工、电力和 机械等各种工业过程控制中[１￣２] . 在对异步交流电机的控制中ꎬ通常采用矢量控 制与 ＰＩＤ 控制器相结合的方式ꎬＰＩＤ 的参数整定可 分为离线式和在线式 ２ 种.离线式整定完全基于系 统模型ꎬ但交流电机模型复杂ꎬ难以构建精确模型ꎻ 在线式整定一般采用智能算法ꎬ如模糊算法[３￣４] 、神 经网络[５￣６]等ꎬ不依赖系统模型ꎬ但容易陷入局部最 优值.当前许多应用中基本都采用较为简单且易实 现的在线整定ꎬ不用花费大量精力构建系统数学模 型ꎬ因此整定效果有限[７￣９] .目前比较流行且有效的