一种新的PI调节器在交流解耦控制系统中的应用1赵晶（厦门理工学院电子系厦门361005）[摘要]由于传统的PID调节器存在不可忽略的缺点，如退饱和超调现象。于是对它的结构做简单变化，设计出一种新的PI调节器结构，并根据电机内部的实际参数，用MATLAB软件对系统进行仿真。仿真结果表明，这种新的调节器算法具有一定的可行性。[关键词]交流调速解耦PI调节器仿真[]TP214.5[文献标识码]A1问题的提出异步机调速系统是高阶、非线性、强耦合的。在同步旋转的d-q坐标系中，异步机动态数学模型被描述成五阶非线性状态方程。该系统是定义在五维流型的仿射非线性系统，采用微分几何法的控制策略，将得到非线性状态反馈解耦控制规律，系统被解耦并完全线性化成两个互相独立的子系统[1]。结合电机实际参数，按照二阶工程设计法[2]设计调节器及参数，其中励磁子系统设计成Ⅰ型系统（磁链超调σ﹪<5﹪），转速子系统设计成Ⅱ型系统，得出：磁链PI调节器AψR：Kp1(1+1/τ1s)=9.248e4(1+1/0.0366s)（1）转速PI调节器ASR：Kp2(1+1/τ2s)=9.7872e4(1+1/0.0125s)由于系统能否被正确解耦、正常运行，与电机参数尤其是转子电阻变化有关，因此在系统设计中采用参数自适应的策略[3]，使系统的运行实时跟随实际参数的变化。在对系统的调试中，模拟系统稳定运行后转子电阻由于温升等原因发生的变化，利用设计出的调节器均能达到要求的控制结果，即转子参数能够自适应，但系统启动过渡过程却不理想，由图1中的曲线可以看出转速超调量较大，且动态的抗干扰能力不好。由于设计调节器时，按照工程设计方法已把磁链子系统的超调量定为σ﹪<5﹪，所以它的启动过渡过程是可接受的。但对于转速子系统若以2倍额定转矩空载启动，转速调节器（ASR）的输出V2的数量级至少达105。如果对V2没有饱和限幅的约束，调节器将在很大范围内线性工作，超调量高达52.857﹪。这在实际操作中是不允许的，因此必须对调节器做适当改进。常规的PID调节器虽然在一定程度上能满足控制要求，并由于其结构简单，在工程上有着广泛的应用，但它存在不可忽略的缺点，如：（1）突加给定时系统超调，在很大范围内线性工作会产生很强的振荡；（2）对于频繁起、制动的装置，超调量明显增大。针对上述缺点的研究已有不少成熟的方法，如滑模变结构控制[4]、自整定PID控制[5]、参数自寻优[6]等等。笔者对传统的PID调节器的结构做适当的改进，设计一种具有新的结构的PID调节器。2调节器的设计1作者简介：赵晶（1974—），女（满族），福建福州，工程硕士，讲师，从事控制理论与控制工程的研究。文献[7]介绍了一种改进的Ziegler—Nicols整定方法，它对常规PID调节器的参数做简单调整，数学表达式为：（2）其中：uc：调节器输出；c：系统给定；y：系统输出。该方案对比例部分进行修正，把微分动作放到输出信号处完成。从这个方案出发，在实际操作中我们对已设计的转速调节器ASR的结构做简单改变，形成：（3）其中：V2（t）：转速子系统中转速调节器的输出；ωr、ωr*：转子旋转角速度的反馈值与给定值。该算法的结构图如图2所示，其特点是前向通道引入单一的积分环节KI/S，确保系统闭环响应中不存在静差；比例环节是对较平缓的输出信号作用的，能够减小V2（t）的陡峭变化，降低系统的超调量，避免启动及给定急剧变化带来的冲击，提高系统的动态性能。所以，这种方案具有较好的控制效果，弥补了上述常规PID调节器的不足。另外，在算法上调节器的参数要随转子电阻值的变化而变化，使每一点的参数都是相应的，以达到最佳的控制。3系统仿真3．1系统仿真结构图采用MATLAB软件对系统进行仿真，系统的仿真结构图如图3所示。按公式（1）和公式（3）设定的调节器结构分别对系统仿真，各参数按系统实际值整定（见表1），系统的给定也是理论的阶跃值。表1电机实际参数变量参数变量参数r119.52Ωr224.22ΩxS1.083Ωxr35.003Ωxm209.15ΩnP2J0.089kgm2ne1400rpmK10.0366*0.00234K20.0025T10.0366sT30.0025sT20.00234sTr0.0373s其中：r1、r2：分别是定、转子电阻；xS、xr：分别是定、转子漏抗；xm：励磁电抗；np：电机极对数；J：转动惯量；ne：额定转速；Ki、Ti：各子系统...