PI調(diào)節(jié)器如何實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸出的精確調(diào)節(jié)

PI調(diào)節(jié)器，即比例-積分調(diào)節(jié)器，是工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一種反饋控制器。它通過(guò)結(jié)合比例(P)和積分(I)兩種控制作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸出的精確調(diào)節(jié)。PI調(diào)節(jié)器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)和調(diào)試、響應(yīng)速度快、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，在化工、石油、冶金、電力、建筑、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。對(duì)于電機(jī)控制，PI調(diào)節(jié)器是其重要的環(huán)節(jié)之一。PI調(diào)節(jié)器的種類和對(duì)應(yīng)的PI參數(shù)整定的方法是學(xué)習(xí)電機(jī)控制的必要內(nèi)容。本期文章主要介紹串聯(lián)型PI和并聯(lián)型PI，并對(duì)PI參數(shù)的整定做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

一、PI調(diào)節(jié)器的種類

圖1-1 并聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器

圖1-2 串聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器

現(xiàn)在大多數(shù)的參考文獻(xiàn)中的PI調(diào)節(jié)器都屬于并聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器，而TI在InstaSPIN-FOC里推崇使用串聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器。這兩種PI調(diào)節(jié)器并沒有什么特別的不同，就看個(gè)人習(xí)慣選擇哪一種。

二、PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定(以電流內(nèi)環(huán)PI為例)

兩種PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法的思路都是基于零極點(diǎn)對(duì)消的原理，差別就是在整定的過(guò)程中有些差別，接下來(lái)分別介紹兩種PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。

2.1 并聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器

圖2-1 PI電流環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖

2.2 串聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器

三、仿真驗(yàn)證

仿真工況：仿真時(shí)間1秒，0.5秒之前空載，0.5秒之后滿載;0.7秒之前正轉(zhuǎn)，0.7秒之后反轉(zhuǎn);采樣頻率5KHz。

圖3-1 仿真波形變化情況(并聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器，±150r/min)

圖3-2 仿真波形變化情況(串聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器，±150r/min)

圖3-3 仿真波形變化情況(并聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器，±1500r/min)

圖3-4 仿真波形變化情況(串聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器，±1500r/min)

從圖3-1到3-4比較可知，與并聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器相比，串聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器的超調(diào)量很小(速度環(huán))，且動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間短，穩(wěn)態(tài)過(guò)程的紋波也相對(duì)較小。綜合可知，代入串聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)的控制性能更好。

四、總結(jié)

之前都是習(xí)慣采用并聯(lián)型PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行PI參數(shù)整定帶入到控制系統(tǒng)中，低速區(qū)域的實(shí)際轉(zhuǎn)速的超調(diào)量比較大。就個(gè)人比較而言，串聯(lián)型的PI調(diào)節(jié)器更好用一些。后面再加入磁鏈環(huán)，形成雙閉環(huán)，效果相對(duì)而言也更好一些。

?PI調(diào)節(jié)器(比例-積分調(diào)節(jié)器)的優(yōu)點(diǎn)包括?：

?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)和調(diào)試?：PI調(diào)節(jié)器由比例和積分兩部分組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)和調(diào)試?1。

?響應(yīng)速度快?：比例部分能夠迅速響應(yīng)系統(tǒng)偏差，減少誤差?2。

?控制精度高?：通過(guò)積分部分消除穩(wěn)態(tài)誤差，實(shí)現(xiàn)無(wú)誤差控制?2。

?適用面廣?：適用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)，如化工、石油、冶金、電力、建筑、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域?1。

?PI調(diào)節(jié)器的缺點(diǎn)包括?：

?相角滯后?：積分部分會(huì)引入相角滯后，減少系統(tǒng)相角裕度，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定或超調(diào)?23。

?參數(shù)整定困難?：比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)的選擇對(duì)系統(tǒng)性能有較大影響，需要仔細(xì)調(diào)整以達(dá)到最佳控制效果?2。

?對(duì)噪聲敏感?：積分部分對(duì)噪聲敏感，可能會(huì)放大噪聲干擾，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性?4。