[发明专利]基于频率法和模糊控制的电机PI控制器参数整定方法

说明书

本发明公开了一种基于频率法和模糊控制的电机PI控制器参数整定方法，涉及电机控制领域，主要解决传统永磁同步电机PI控制器参数设计过于依赖经验，当系统参数改变时控制器性能下降的问题。包括以下步骤：建立控制系统的数学模型；忽略在高频时才产生影响的模块，建立电流环以及速度环的传递函数；根据系统参数以及频域性能指标，设计电流环和速度环PI控制器的参数；以速度误差e和速度误差变化率ec为输入，设计模糊规则，输出速度环PI控制器修正系数，将修正系数与频域法算出的速度环PI参数相加，结果作为速度环PI控制器的PI参数。本发明简化了电机控制系统PI控制器参数的整定过程，并使控制器能根据系统参数改变而自适应调整，提高了控制性能。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，具体涉及一种基于频率法和模糊控制的电机PI控制器参数整定方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，交流电机在越来越多的场合代替了直流电机，其中，永磁同步电机由于其体积小、功率密度大、效率高等优点，被广泛应用于高性能伺服系统中。永磁同步电机控制系统PI控制器参数的设计，很大程度上影响了系统性能。

永磁同步电机控制系统的PI控制器包括电流环PI控制器和速度环PI控制器。电流环PI控制器实现内环电流的快速跟随，是外环能正常工作的基础，速度环PI控制器则是实现系统优良调速性能的关键环节。传统的人工调试PI参数方法过分依赖经验，缺乏依据，对操作人员要求较高，并且整定的效果也不能保证。频率法通过频域性能指标以及系统参数整定PI参数，为控制器参数的设计提供了依据，但是由于永磁同步电机系统复杂，数学模型求解困难。另外，电机系统在工作过程中容易受到外界干扰，工作环境的变化会影响PI控制器的控制性能，参数固定不变的PI控制器无法在外界扰动时发挥最佳的控制性能。

近年来兴起的智能控制技术，如模糊控制，具有根据环境变化自适应修改参数的特点。其应用于永磁同步电机控制系统PI参数的整定中，能够使控制器参数具有随环境变化自适应改变的性能。大多数参数自适应技术必须以原有PI参数为基准值，对参数进行修正，单独使用智能控制算法难以提高系统的控制性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种基于频率法和模糊控制的电机PI控制器参数整定方法，所述方法使用频率法和模糊控制进行电机PI控制器参数的整定，结合频率法和模糊控制优势，根据频率法进行PI参数的可视化设计，在参数设计过程中，忽略高频时才产生作用的模块，简化数学模型的求解，再通过模糊控制技术，以频率法计算出的PI参数为基准，修正速度环的PI参数，使速度环PI控制器参数能自适应变化，提高了控制系统的调速性能。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种基于频率法和模糊控制的电机PI控制器参数整定方法，其中所述电机PI控制器参数包括速度环PI控制器比例系数K_sp、速度环PI控制器积分系数K_si、电流环PI控制器比例系数K_cp和电流环PI控制器积分系数K_ci，该方法包括以下步骤：

步骤1，根据永磁同步电机控制系统的各个组成模块，抽象出各个组成模块的数学模型；

步骤2，根据步骤1得出的数学模型，建立电流环的开环传递函数，根据相关电机参数以及频域性能指标，计算出电流环PI控制器比例系数K_cp和电流环PI控制器积分系数K_ci，K_cp和K_ci分别作为电流环PI控制器的比例系数和积分系数，参与电流环PI控制器的运算；

步骤3，根据步骤1得出的数学模型，建立速度环的开环传递函数，根据相关电机参数以及频域性能指标，计算出速度环PI控制器比例系数K_sp和速度环PI控制器积分系数K_si；