[发明专利]一种新型变结构PI控制器

说明书

技术领域

本发明属于控制技术领域，特别涉及了一种新型变结构PI控制器。

背景技术

目前，如图1所示的传统线性PI控制器，因其结构简单在工业应用中占据主导地位。然而传统线性PI控制器存在一些问题，比如控制参数整定困难、阶跃响应存在超调等。

针对传统线性PI控制时阶跃响应的超调问题，文献[1](韩京清.自抗扰控制技术—估计补偿不确定因素的控制技术[M].北京:国防工业出版社.2008.)提出采用跟踪微分器对阶跃给定安排过渡过程来实现无超调控制，但存在参数调节复杂的问题。文献[2](黄科元,周滔滔,黄守道,等.永磁伺服系统基于微分自适应补偿的快速无超调控制策略[J].电工技术学报,2014,29(09):137-144.)采用输出微分负反馈来消除超调，然而输出微分会引入噪声，影响系统性能。为抑制噪声，文献[3](李光泉,葛红娟,刘天翔,马春江.永磁同步电机调速系统的伪微分反馈控制[J].电工技术学报.2010,25(08):18-23.)在文献[2]的基础上将PI控制改成I控制以构成IP控制器，该方法尽管消除了超调，但对连续变化给定的跟踪性能变差。

发明内容

为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种新型变结构PI控制器，在解决阶跃响应超调问题的同时提高系统对连续变化给定的跟踪性能。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种新型变结构PI控制器，包括给定微分前馈环节、比例微分环节、积分环节、抗积分饱和环节、控制增益环节、限幅环节、加法器、第一减法器和第二减法器，所述第一减法器的正输入端输入给定信号，第一减法器的负输入端输入反馈信号，第一减法器的输出端连接比例微分环节的输入端，所述给定微分前馈环节的输入端输入前述给定信号，给定微分前馈环节的输出端连接加法器的第一输入端，加法器的第二输入端连接积分环节的输出端，加法器的输出端连接控制增益环节的输入端，控制增益环节的输出端分别连接限幅环节的输入端和第二减法器的正输入端，限幅环节的输出端作为控制器的输出，同时限幅环节的输出端连接第二减法器的负输入端，所述抗积分饱和环节的输入端分别连接比例积分环节的输出端和第二减法器的输出端，抗积分饱和环节的输出端连接积分环节的输入端。

其中，上述给定微分前馈环节为一阶微分器。

其中，上述比例微分环节的比例系数为1。

其中，上述抗积分饱和环节采用遇限停止积分法，控制器进入饱和区后，当第二减法器的输出值与比例微分环节的输出值的乘积小于零时，积分环节的输入值为比例微分环节的输出值，当第二减法器的输出值与比例微分环节的输出值的乘积大于等于零时，积分环节的输入值为零。

采用上述技术方案带来的有益效果：

本发明相较于传统PI控制器，仅增加了给定微分前馈环节和控制增益环节，简单可靠，通用性强，易于工业实现。本发明对阶跃给定和连续变化给定呈现不同的结构特性，在阶跃给定的作用下等效于IP控制器，在连续变化给定的作用下等效于PI控制器，因此，本发明可以在保证阶跃响应无超调的同时提高对连续变化给定的跟踪性能。

附图说明

图1是传统PI控制器的系统结构框图；

图2是本发明的系统结构框图；

图3是本发明在连续变化给定下的等效框图；

图4是本发明在阶跃给定下的等效框图；

图5是采用本发明的永磁同步电机矢量控制调速系统的结构框图；

图6是PI控制器、IP控制器以及本发明在阶跃给定为80rpm空载起动时的转速仿真波形图；

图7是PI控制器、IP控制器以及本发明在阶跃给定为80rpm空载起动时的交轴电流仿真波形图；

图8是PI控制器、IP控制器以及本发明在阶跃给定为800rpm空载起动时的转速仿真波形图；

图9是PI控制器、IP控制器以及本发明在阶跃给定为800rpm空载起动时的交轴电流仿真波形图；

图10是本发明在阶跃给定为800rpm空载起动、系统带宽ω_n分别为80、160和320时的仿真波形图；

图11是PI控制器、IP控制器以及本发明在ω_n＝80、给定500rpm/5Hz的正弦转速时，系统的正弦跟踪响应的仿真波形图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。