永磁同步調速系統自整定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雙閉環控制系統的控制效果。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態用時約0．1 s，超調量約為6．6％。在0．17 s左右設定值突變為400 r·min-1，在沒有超調的情況下，用時約0．08 s響應達到穩態。在0．28 s左右給定值變為700 r·min-1，同樣在沒有超調的情況下，約用0．08 s響應到達穩態。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。直至到達穩態時，kp(t)和ki(t)都趨向于一個適宜的穩態值，使系統繼續保持穩定。在后面兩個給定值發生變化的過程中，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調變化與預先設想的相同，并且能夠使系統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。可知，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。可知，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的情況下較好地滿足系統的控制要求，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的過程，而無需人為地憑借經驗調節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。