[发明专利]一种用于电机控制的抗积分饱和控制方法

说明书

本发明公开了一种用于电机控制的抗积分饱和控制方法，在传统PI控制器的基础上，采用了限幅模块和反计算跟踪抗积分饱和控制算法，并根据系统运行状态，实时调节补偿系数，避免了传统算法中采用的固定补偿系数设置不合理时，可能导致的超调或提前退饱和问题，采用本发明算法，即保持了传统算法的退饱和作用，又提高了传统算法的适应性和系统的整体控制性能。

技术领域

本发明涉及一种电机控制方法，具体说是一种用于电机控制的抗积分饱和控制方法。

背景技术

在控制系统中，被控对象常存在各种各样的限制，如电机控制系统中，电机会受到最大电流、最大转矩或发热等因素的限制，因此需要对电机转矩或电流给定值进行限幅。

对于采用PID控制器的电机控制系统，若在控制过程中，电机转矩或电流已达到限幅值，但偏差仍没有消除，此时由于积分作用，控制器运算结果将继续增大或减小，但电机已无相应的动作，使得控制器输出与被控对象实际输入不等，这种现象称为积分饱和现象。积分饱和会使得系统超调变大，过渡时间变长，闭环响应变差，严重时还会造成事故，因此在控制系统中需要采取合适的抗积分饱和算法。

众多学者对抗积分饱和问题进行了研究。Lee S、林瑞全等人分别在《Closed－loop estimation of permanent magnet synchronous motor parameters by PIcontroller gain tuning》、《基于积分分离PID控制算法的神经元控制器》等文献中公开了积分分离的方法，即设置一个开关环节，当控制器发生饱和限幅时，停止或限制控制器的积分作用，这种方法实现简单，但缺乏鲁棒性，一旦系统产生变化，该方法不一定能有效抑制饱和现象；Eric L、丁懿等人分别在《Initial Evaluation of IETM Applicability toSchoolhouse and Worksite Training Functions》、《变速积分PID控制在磁悬浮轴承控制中的应用和改进》等文献中提出了变速积分的思想，通过改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，偏差大时，积分累积速度慢，偏差小时，积分累积速度快，积分作用可以随着系统偏差的变化而动态变化，但该方法会给系统带来一定的扰动，在控制结构的切换点处，系统的输出会出现跳跃；近年，PENG Youbin、翟存波等人分别在《Anti-windup，bumpless，and conditioned transfer techniques for PID controllers》、《一种直驱永磁风力发电机机侧变流器矢量控制改进方法研究》等文献中提出了反计算跟踪(back calculationand tracking)的算法，在带限幅控制器的基础上，引入了一个负反馈补偿模块至积分环节，用来保持或降低积分作用，该算法已在工程中得到应用，但反计算跟踪算法有一个明显的缺点，补偿参数需要人为配置，若参数配置不合理，则很难保证系统在所有运行状态下都有良好的响应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，为了克服现有技术存在的缺陷，在现有技术中反计算跟踪算法的基础上，提出了一种用于电机控制的抗积分饱和控制方法。与传统的反计算跟踪算法相比，本发明的算法可根据系统运行状态对补偿参数自动调节，避免了参数设置不当时，可能会出现的超调或提前退饱和现象，提高了算法的自适应性和系统的整体控制性能。

本发明的基本思路是：在现有PI控制器的基础上，采用了限幅模块和反计算跟踪抗积分饱和控制算法，并根据系统运行状态，实时调节补偿系数，避免了传统算法中采用的固定补偿系数设置不合理时，可能导致的超调或提前退饱和问题。首先，定义传统PI控制器的参数，然后在现有PI控制器的基础上，引入限幅模块和反计算跟踪抗积分饱和补偿模块，通过设置合适的补偿系数，降低或保持积分项的输出，使得PI控制器的输出尽快地恢复到限幅值以内。然后，在现有反计算跟踪补偿模块的基础上，定义积分饱和深度，并设定一个阈值常数，通过判断积分饱和深度与阈值常数之间的关系，来自动调节抗积分饱和补偿系数的值，既保持了传统算法的退饱和作用，又提高了传统算法的适应性和整体控制性能。