第5期 李鹏，等：PI参数混合整定法在闭环矢量控制系统中的应用 ·451· 12 最小，上升时间也仅次于混合控制，但其调节时间太 长，容易引起振荡：在突加负载时速度跌落小于继电 10 反馈法，但恢复时间也较长， 3)基于模型的离线整定法计算出的PI参数在 阶跃给定下性能优于继电反馈法，超调量大于模糊 模糊控制 混合控制 控制，但调节时间小于模糊控制：在突加负载时性能 离线整定 优于继电反馈法和模糊控制. 继电反馈 ×10 4)本文提出的混合控制方法，既使采用动态性 15 2025 30 能比较折衷的参数选择，其在阶跃响应和突加负载 t/ms 图7阶跃响应对比实哈 实验中的综合性能都优于其他方法，完全满足对调 Fig.7 Comparison of step response 速系统性能要求较高的应用. 10. 3结束语 本文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.通过分析矢量控制 原理推导出交流调速系统的数学模型，根据数学模 型计算PI参数和内环补偿量.然后构建了模糊PI 模糊控制 控制器，根据实际调试经验提出了新的PI控制规 混合控制 一离线整定 则.在混合整定过程中，可根据实际需求更改相应的 继电反馈 性能参数（和H.最后通过实验证明了PI参数混合 ×10 1015 20 25 30 整定法与其他方法相比能极大地提高系统的动态性 t/ms 能和稳态精度，是一种优秀的PI参数整定方法.但 图8突加负载对比实验 提出的方法需手动修改性能参数，若在不同阶段需 Fig.8 Comparison of impact load 要不同的性能，则该系统难以实现.因此在以后的研 究中可尝试加入自适应控制，使得性能参数的修改 表3实验数据对比 更为智能化、自动化：而且也可尝试其他智能算法替 Table 3 Comparison of experiment data 代模糊控制算法，以求更高的系统性能。 阶跃响应 突加负载 参考文献： 方法 上升峰值调节 恢复速度 超调 时间/时间/时间/ 时间/跌落/ 量/% [1]王伟，张晶涛，柴天佑.PD参数先进整定方法综述[J]. ms ms ms ms % 自动化学报，2000,26(3)：348-355. 继电 WANG Wei,ZHANG Jingtao,CHAI Tianyou.A survey of 193 499 1185 20.0 1091 30.0 反馈 advanced PID parameter tuning methods[J].Acta Automat- ica Sinica,2000,26(3):348-355. 模糊 77 29012446.1 720 17.3 [2]何颖，鹿蕾，赵争鸣.PD参数自整定方法概述[J].现代 控制 电子技术，2004(24)：20-23. 离线 HE Ying,LU Lei,ZHAO Zhengming.A summarization of 98 315 810 14.1 187 13.6 整定 PID parameters auto-tuning methods[J].Modern Electronic Technique,2004(24):20-23. 混合 66 183 435 8.7 98 13.1 [3]贺徽，周建中，谭建华，等.基于Mamdani模糊PD的同步 控制 发电机励磁控制[J].华中科技大学学报：自然科学版， 由实验结果可以看出： 2010,38(2):34-37. HE Hui,ZHOU Jianzhong,TAN Jianhua,et al.Research 1)继电反馈法整定出的PI参数在阶跃给定下 and application of a fuzzy PID controller for excitation con- 的响应时间长，超调量大：在突加负载时速度跌落 trol systems in synchronous generators using Mamdani model 大，恢复时间最长。 [J].Journal of Huazhong University of Science and Tech- 2)在继电反馈法整定出的PI参数下，模糊控制 nology:Nature Science Edition,2010,38(2):34-37. 器可以很好地调整系统，其在阶跃响应下的超调量 [4]曹青松，周继惠，黎林，等.基于模糊自整定PD算法的压图 ７ 阶跃响应对比实验 Ｆｉｇ.７ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｓｔｅｐ ｒｅｓｐｏｎｓｅ 图 ８ 突加负载对比实验 Ｆｉｇ.８ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｉｍｐａｃｔ ｌｏａｄ 表 ３ 实验数据对比 Ｔａｂｌｅ ３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄａｔａ 方法 阶跃响应 上升 时间/ ｍｓ 峰值 时间/ ｍｓ 调节 时间/ ｍｓ 超调 量/ ％ 突加负载 恢复 时间/ ｍｓ 速度 跌落/ ％ 继电 反馈 １９３ ４９９ １ １８５ ２０.０ １ ０９１ ３０.０ 模糊 控制 ７７ ２９０ １ ２４４ ６.１ ７２０ １７.３ 离线 整定 ９８ ３１５ ８１０ １４.１ １８７ １３.６ 混合 控制 ６６ １８３ ４３５ ８.７ ９８ １３.１ 由实验结果可以看出: １)继电反馈法整定出的 ＰＩ 参数在阶跃给定下 的响应时间长ꎬ超调量大ꎻ在突加负载时速度跌落 大ꎬ恢复时间最长. ２)在继电反馈法整定出的 ＰＩ 参数下ꎬ模糊控制 器可以很好地调整系统ꎬ其在阶跃响应下的超调量 最小ꎬ上升时间也仅次于混合控制ꎬ但其调节时间太 长ꎬ容易引起振荡ꎻ在突加负载时速度跌落小于继电 反馈法ꎬ但恢复时间也较长. ３)基于模型的离线整定法计算出的 ＰＩ 参数在 阶跃给定下性能优于继电反馈法ꎬ超调量大于模糊 控制ꎬ但调节时间小于模糊控制ꎻ在突加负载时性能 优于继电反馈法和模糊控制. ４)本文提出的混合控制方法ꎬ既使采用动态性 能比较折衷的参数选择ꎬ其在阶跃响应和突加负载 实验中的综合性能都优于其他方法ꎬ完全满足对调 速系统性能要求较高的应用. ３ 结束语 本文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.通过分析矢量控制 原理推导出交流调速系统的数学模型ꎬ根据数学模 型计算 ＰＩ 参数和内环补偿量.然后构建了模糊 ＰＩ 控制器ꎬ根据实际调试经验提出了新的 ＰＩ 控制规 则.在混合整定过程中ꎬ可根据实际需求更改相应的 性能参数 ζ 和 Ｈ.最后通过实验证明了 ＰＩ 参数混合 整定法与其他方法相比能极大地提高系统的动态性 能和稳态精度ꎬ是一种优秀的 ＰＩ 参数整定方法.但 提出的方法需手动修改性能参数ꎬ若在不同阶段需 要不同的性能ꎬ则该系统难以实现.因此在以后的研 究中可尝试加入自适应控制ꎬ使得性能参数的修改 更为智能化、自动化ꎻ而且也可尝试其他智能算法替 代模糊控制算法ꎬ以求更高的系统性能. 参考文献: [１]王伟ꎬ张晶涛ꎬ柴天佑.ＰＩＤ 参数先进整定方法综述[ Ｊ]. 自动化学报ꎬ ２０００ꎬ ２６(３): ３４８￣３５５. ＷＡＮＧ Ｗｅｉꎬ ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇｔａｏꎬ ＣＨＡＩ Ｔｉａｎｙｏｕ. Ａ ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ＰＩＤ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｔｕｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ[Ｊ]. Ａｃｔａ Ａｕｔｏｍａｔ￣ ｉｃａ Ｓｉｎｉｃａꎬ ２０００ꎬ ２６(３): ３４８￣３５５. [２]何颖ꎬ鹿蕾ꎬ赵争鸣.ＰＩＤ 参数自整定方法概述[ Ｊ].现代 电子技术ꎬ ２００４(２４): ２０￣２３. ＨＥ Ｙｉｎｇꎬ ＬＵ Ｌｅｉꎬ ＺＨＡＯ Ｚｈｅｎｇｍｉｎｇ. Ａ ｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＩＤ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｕｔｏ￣ｔｕｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ[Ｊ]. Ｍｏｄｅｒｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅꎬ ２００４(２４): ２０￣２３. [３]贺徽ꎬ周建中ꎬ谭建华ꎬ等.基于 Ｍａｍｄａｎｉ 模糊 ＰＩＤ 的同步 发电机励磁控制[ Ｊ].华中科技大学学报:自然科学版ꎬ ２０１０ꎬ ３８(２): ３４￣３７. ＨＥ Ｈｕｉꎬ ＺＨＯＵ Ｊｉａｎｚｈｏｎｇꎬ ＴＡＮ Ｊｉａｎｈｕａꎬ ｅｔ ａｌ. Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｃｏｎ￣ ｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ Ｍａｍｄａｎｉ ｍｏｄｅｌ [Ｊ]. Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈ￣ ｎｏｌｏｇｙ: Ｎａｔｕｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎꎬ ２０１０ꎬ ３８(２): ３４￣３７. [４]曹青松ꎬ周继惠ꎬ黎林ꎬ等.基于模糊自整定 ＰＩＤ 算法的压 第 ５ 期 李鹏ꎬ等:ＰＩ 参数混合整定法在闭环矢量控制系统中的应用 􀅰４５１􀅰