[发明专利]一种预测退饱和式PI控制器及其控制方法

说明书

本发明公开一种预测退饱和式PI控制器及其控制方法，其控制方法包括获取转速误差e；转速误差e经过比例环节得到第一输出量；比例环节中根据转速误差e的大小，该控制器自动匹配比例环节的比例系数；转速误差e依次经过微分环节以及积分环节得到第二输出量；积分环节的积分方向由微分环节的输出量决定；通过第一输出量以及所述第二输出量得到被控量u(t)。该控制器的比例环节通过变比例系数有效兼容不同的积分方向，提升了系统的动态响应性能。同时该控制器设定串联的微分环节以及积分环节，通过微分环节的输出量决定积分环节的积分方向，因此，当系统受到干扰时，积分器可以在转速误差较小时就及时反向积分，实现了提前退饱和的目的。

技术领域

本发明属于开关磁阻电机的转速控制领域，涉及一种预测退饱和式PI控制器及其控制方法。

背景技术

开关磁阻电机(SRM)结构简易、调速范围大、强度可靠性高、适于大规模生产。因此，开关磁阻电机广泛运用在民用工业领域以及军工领域。但是SRM由于转矩脉动过大，应用受限。这是由SRM定、转子双凸极结构和非线性电磁特性决定的。转矩脉动直接影响SRM调速系统的输出特性，尤其是低速状态时转矩脉动导致速度振荡。伴随控制理论的发展，转矩脉动问题逐渐被优化，其中基于转矩分配函数的SRM直接瞬时转矩控制系统(TSF-DITC)对转矩脉动有显著的抑制效果。通过研究发现，相比于CCC(电流斩波控制)和DITC(瞬时直接转矩控制)方式，在起动阶段，采用TST-DITC系统使电机的稳定时间变长，在一定程度上降低了系统的动态性能。主要原因是TSF-DITC系统采用双闭环控制结构，其外环控制器主要是根据转速误差为内环转矩控制提供参考转矩，直接决定着转矩控制的效果。PID(比例-积分-微分)控制器常作外环控制器，在转矩限幅状态，转速发生突变时，转速误差先正值递减。在积分环节累加作用下，积分值递增直至远超饱和非线性的限幅值。转速误差递减至负值，此时积分状态值很大，无法迅速减小，从而造成系统超调，转速响应变慢。SRM调速系统表现出低稳定性和弱鲁棒性，并且动态性能差。

为解决控制器存在问题，存在多种策略。但结果表明，改善SRM调速控制器性能的策略众多，但是各策略都有一定缺点。其中，抗积分饱和策略结构简单，参数整定容易，贴合实际，但由于采用变结构原则设计控制器，系统稳定性能和动态性能不可预见。同时，针对SRM出现的积分饱和现象目前主要从抗饱和的思路去抑制饱和效应，积分不能及时退出饱和状态。如当速度调节器处于饱和状态时，SRM的转速与时间成正比例函数。转速误差e＝0时，转速达到目标速度，速度调节器输出量开始从峰值递减，由于积分环节存在，使输出量无法突变。转速将递增使得e0，此时，积分器开始反向积分，由于积分时间长，积分器无法瞬间退出饱和状态。这将造成输出超调量和调节时间增大，使电机响应速度变慢。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种预测退饱和式PI控制器及其控制方法，从而有效快速消除积分饱和现象的影响，达到电机理想的调速性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种预测退饱和式PI控制器的控制方法，包括：

S1：获取转速误差e；

S2：所述转速误差e经过比例环节得到第一输出量；所述比例环节中根据转速误差e的大小，所述预测退饱和式PI控制器自动匹配所述比例环节的比例系数；所述转速误差e依次经过微分环节以及积分环节得到第二输出量；所述积分环节的积分方向由微分环节的输出量决定；

S3：通过所述第一输出量以及所述第二输出量得到被控量u(t)。

优选的，所述比例环节包括第一比例系数K_p1、第二比例系数K_p2以及判断阈值c；当所述转速误差e大于所述判断阈值c时，通过第一比例系数K_p1整定，反之，通过第二比例系数K_p2整定。

优选的，所述预测退饱和式PI控制器的控制率为：