PI电流调节器介绍

导读：本期主要介绍PI电流调节器的种类和原理，下期将分别介绍线性PI、复矢量PI、离散域下设计的PI和基于MPC设计的PI电流调节器。

一、工作原理

1.1原理

当不完全了解一个系统和被控对象, 或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 PID控制技术。

1.1.1 比例 (P) 控制

控制器的输出与输入误差信号成比例关系。偏差一旦产生，控制器立即就发生作用即调节控制输出，使被控量朝着减小偏差的方向变化。

Kp 越大，偏差减小越快。但易引起震荡，在延迟环节较大时，Kp 越小，引起震荡可能性越小，调节速度越慢。单纯的比例控制存在稳态误差不能消除。

2.1.2 积分 (I) 控制

控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。

但积分 I 有 90 度的相位滞后，这会减小相位裕度，常见的结果是超调和震荡。

比例 + 积分 (PI) 控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

性能影响：

积分控制可以增强系统抗高频干扰能力。故可相应增加开环增益，从而减少稳态误差。但纯积分环节会带来相角滞后，减少了系统相角裕度。

二、PI电流调节器

2.1输出关系

特点：

1、提高系统的型别，改善系统的稳态误差；2、增加了系统的抗高频干扰的能力；3、增加了相位滞后；4、降低了系统的频宽，调节时间增大；

2.2 PI调试的一般原则

PI 调节器的输出直接控制执行机构。这种算法的优点是计算精度比较高，缺点是每次都要对 e(k)进行累加，很容易出现积分饱和的情况，由于位置式 PI 调节器直接控制的是执行机构，积分一旦饱和就会引起执行机构位置的大幅度变化，造成控制对象的不稳定。

3.2增量式PI电流调节器

增量式 PI 算法与位置式 PI 算法并没有本质的区别，只是增量式 PI 算法控制的是执行机构的增量 △u(k)，这种算法的优点在于：由于输出的是增量，因此计算错误时的产生的影响较小，控制量的确定仅与最近几次偏差采样值有关，运算量相对较小。这种算法的缺点在于：每次计算 △u(k) 再与前次的计算结果 u(k -1) 相加得到本次的控制输出。

这就使得 △u(k) 的截断误差被逐次的累加起来，输出的误差加大。当采用增量式算法时必须尽量减小定点运算带来的截断误差，否则，每一次运算的截断误差将会逐次累积，使系统的控制精度变差，造成系统的静态误差。

四、仿真建立

图1 PI电流调节器系统仿真

 图1是位置式PI电流调节器，由比例项和积分项两部分组成。为了防止积分饱和的出现，给PI加了一个限幅，抑制积分饱和的出现。

图2 PI电流调节器的输出

由图2可知，dq轴输出的电流和理论一致，说明搭建的PI电流调节器可以有效调节电流。

五、总结

PI电流调节器是矢量控制中的重要模块之一。矢量控制的控制性能依赖内环PI电流调节器的参数整定，所以对PI电流调节器的设计至关重要。