专利名称：一种异步电机pi参数在线调整方法
技术领域：
本发明涉及变频调速系统，尤其是异步电机PI参数在线调整方法。
背景技术：
传统的PI控制器大量地应用于工业领域，取得了良好的效果。但是常规的PI控制器一般只适用于线形系统，且不能根据实际情况在线调整Kp、Ki参数。针对变频调速系统中存在的摩擦，电机齿槽效应，转速偏差范围大等非线形因素，常规的PI控制器已很难对调速的整个过程精确控制。当系统状态变化时，比如异步电机加减速的过程，特别是当电机快速启动或快速停机的过程中，速度偏差以及速度偏差变化率的范围都比较宽，常规PI控制器的参数不能自动调整，从而使控制器性能下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种异步电机PI参数在线调整方法，使得当前PI参数总能满足当前工况的需要。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为一种异步电机PI参数在线调整方法，其特征在于包括以下步骤I)制定Aki, Akp控制规则表；Aki, Akp控制规则表如表1，表2所示，根据论域里的数把论域分为7个部分，其中NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB分别表示负大，负中，负小，零，正小，正中，正大，均代表确定的常数；控制规则表的横坐标为ec，纵坐标为e ;其中Λ kp，Δ Iii分别表示P，I参数的变化值；e为转速偏差值，ec为转速偏差变化率；制定Λ ki; Δ kp控制规则表具体的原则是I. I)当e为PB或NB时，为迅速调整误差，取Kp为正大，Ki为正小；I. 2)当e*eC>0时，说明误差在向误差绝对值变大的趋势变化，为迅速减小误差绝对值，取K为正大，Ki为正小；I. 3)当e*ec〈0或e=0时，说明误差绝对值朝减小的方向变化，或者已达到平衡状态，可采取保持参数不变；1. 4)当e*ec=0且e! =0时，表明系统曲线与理论曲线平行或一致，为使系统有良好的稳态性能，取Kp为正大，Ki为正大；2)根据电机运行速度，判断电机的当前运行状态；当电机运行速度为设定速度时，置电机状态为稳速运行状态；本发明主要针对电机的动态性能做优化，当电机稳速运行时，稳态精度已经很高，如果加入模糊PI控制，会使PI参数过于敏感，降低系统的稳定性。所以本发明以电机的运行状态作为判断依据，当电机稳态运行时采用常规PI控制方式，当电机加减速运行时，采用模糊PI控制方式。3)当电机稳速运行时，采用常规PI控制；
4)当电机加减速运行时，采用模糊PI控制，根据e和ec的值对PI参数进行在线自整定至电机稳态运行；具体步骤为a)根据e和ec的值的分布范围，确定论域和比例系数Ke和Kec，并得到新的Δ ki; Δ kp控制规则表；其具体方法为让电机在开环的情况下做急起，急停运转；计算电机运行时的速度偏差e和速度偏差变化率ec，确定e和ec的值的分布范围；然后确定e和ec的论域；然后分别确定e和ec的比例因子Ke和Kec，根据确定的论域把Λ ki； Δ kp控制规则表精确化得到新的Λ ki； Δ kp控制规则表，即得到两组可应用于C语言程序中的数组；其中e和ec的计算方法为通过这次的转速减去上次的转速，得到转速偏差值e ;通过这次的转速偏差减去上次的转速偏差，得到偏差变化率ec。
b)对PI参数的初始值进行设定；c)对PI参数进行在线自整定Cl)根据电机运行速度计算e和ec的值；c2)根据e和ec的值计算并查找Λ ki； Δ kp控制规则表得到Λ Iii和Λ kp 步骤c2)具体为先计算查表用到的横坐标te。和纵坐标te，也就是用偏差e和偏差变化率ec分别乘以它们各自的比例因子得到；即tec=ec*Kec, te=e*Ke再根据横坐标te。和纵坐标te，查表得到Λ ki；Akp；c3)根据计算的Λ ki和Λ kp来更新Kp、Ki值；具体可以采取以下方法通过手动调节增益倍数来控制每次增量的大小，更新Κρ、1值；具体公式是Kp = KPU* Δ Kp-Kp'，其中是上次的Kp参数值，KPU是Kp参数的增益倍数；Ki=KIWAK^Ki'，其中Ki'是上次的Ki值，KIU是Ki参数的增益倍数；其中KIU，KPU的确定方法为先把KIU设为0，由小到大调节KPU参数，观察速度波形，KPU过大会引起速度震荡，当速度处于不震荡到震荡这个临界点的时候，取此时的KPU参数；设定KPU参数，再调节KIU参数，也是从小到大往上调，当得到满意的响应速度以及没有静差时，确定为最好的KIU参数。进一步的，步骤c)对PI参数进行在线自整定每Ims执行一次。本发明的有益效果为(I)采用模糊自适应的方法，调整PI参数，使得当前PI参数总能满足当前工况的需要；(2)使用本方法对PI参数进行调整能加快反应时间，改善电机动态性能。
图I为本发明一个实施例中PI参数自调整流程图。图2为本发明一个实施例中常规PI与模糊PI的效果对比图。
图3为本发明一个实施例中加减速时间与设定速度的关系图。图4为本发明一个实施例中防真下常规PI与模糊PI的效果对比图。
具体实施例方式本实施方式采取增量式PI控制器为常规的PI控制器，普通PI控制作用可由下式来表达
权利要求
1.一种异步电机PI参数在线调整方法，其特征在于包括以下步骤 1)制定Λki； Δ kp控制规则表；控制规则表的横坐标为ec，纵坐标为e ;其中Λ kp，Δ Iii分别表示P，I参数的变化值；e为转速偏差值，ec为转速偏差变化率； 2)根据电机运行速度，判断电机的当前运行状态；当电机运行速度为设定速度时，置电机状态为稳速运行状态； 3)当电机稳速运行时，采用常规PI控制； 4)当电机加减速运行时，采用模糊PI控制，根据e和ec的值对PI参数进行在线调整直至电机稳速运行； 具体步骤为 a)根据e和ec的值的分布范围，确定论域和e、ec的比例系数Ke、Kec，并得到新的Δ ki; Δ kp控制规则表； b)对PI参数的初始值进行设定； c)对PI参数进行在线自整定 Cl)根据电机运行速度计算e和ec的值； c2)根据e和ec的值计算并查找Λ ki； Δ kp控制规则表得到Λ k,和Λ kp c3)根据计算的Λ ki和Λ kp来更新Kp、Ki值。
2.如权利要求I所述的异步电机PI参数在线调整方法，其特征在于步骤I)制定Δ ki； Δ kp控制规则表，根据论域里的数把论域分为7个部分负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；它们都代表一个常数，其具体原则是 I. I)当e为正大或负大时，为迅速调整误差，取Kp为正大，Ki为正小； I. 2)当e*eC>0时，说明误差在向误差绝对值变大的趋势变化，为迅速减小误差绝对值，取Kp为正大，Ki为正小； I.3)当e*ec〈0或e=0时,说明误差绝对值朝减小的方向变化,或者已达到平衡状态,可采取保持参数不变； L 4)当e*ec=0且e!=0时，表明系统曲线与理论曲线平行或一致，为使系统有良好的稳态性能，取Kp为正大，Ki为正大。
3.如权利要求2所述的异步电机PI参数在线调整方法，其特征在于步骤4)中实现步骤a)的具体方法为让电机在开环的情况下做急起，急停运转；计算电机运行时的速度偏差e和速度偏差变化率ec，确定e和ec的值的分布范围；然后确定e和ec的论域；然后分别确定e和ec的比例因子Ke和Kec，根据确定的论域把Λ ki； Δ kp控制规则表精确化得到新的Λ ki； Δ kp控制规则表，即得到两组可应用于C语言程序中的数组；其中e和ec的计算方法为通过这次的转速减去上次的转速，得到转速偏差值e ;通过这次的转速偏差减去上次的转速偏差，得到偏差变化率ec。
4.如权利要求2所述的异步电机PI参数在线调整方法，其特征在于步骤4)中实现步骤c2)的具体方法为 先计算查表用到的横坐标U和纵坐标:用偏差和偏差变化率分别乘以它们各自的比例因子得到；即:tec=ec*Kec, te=e*Ke ； 再根据横坐标te。和纵坐标te，查表得到Λ ki; Λ kp。
5.如权利要求2所述的异步电机PI参数在线调整方法，其特征在于在步骤4)的步骤c3)中通过手动调节增益倍数来控制每次增量的大小，更新Kp、Ki值；具体公式是 Kp = KPU* Δ Kp-Kp'， 其中Kp'是上次的Kp参数值，KPU是Kp参数的增益倍数； Ki=KIWAKfKi'， 其中K/是上次的Ki值，KIU是ki参数的增益倍数； 其中KIU，KPU的确定方法为先把KIU设为O，由小到大调节KPU参数，观察速度波形，KPU过大会引起速度震荡，当速度处于 不震荡到震荡这个临界点的时候，取此时的KPU参数；设定KPU参数，再调节KIU参数，也是从小到大往上调，当得到满意的响应速度以及没有静差时，确定为最好的Kiu参数。
6.如权利要求2所述的异步电机PI参数在线调整方法，其特征在于在步骤4)的步骤c)每Ims执行一次。
全文摘要
本发明涉及一种异步电机PI参数在线调整方法，该方法包括以下步骤根据一定的原则制定P，I参数变化值的控制规则表；根据电机运行速度，判断电机的当前运行状态；当电机稳速运行时，采用常规PI控制；当电机加减速运行时，采用模糊PI控制，对PI参数进行在线自整定至电机稳态运行，包括根据转速偏差值e和转速偏差变化率ec的值的分布范围，确定论域和e、ec的比例系数Ke、Kec，并得到新的控制规则表；对PI参数的初始值进行设定；对PI参数进行在线自整定。本发明采用模糊自适应的PI控制方法，调整PI参数，使得当前PI参数总能满足当前工况的需要，使用本方法对PI参数进行调整能加快反应时间，改善电机动态性能。
文档编号H02P25/02GK102739151SQ20121022306
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者刘亮, 卢家斌, 叶亚宁, 康现伟, 徐晖, 李传涛, 李四川, 李海东, 王胜勇 申请人:中冶南方(武汉)自动化有限公司