[發(fā)明專利]一種基于伯德圖的控制系統(tǒng)PI參數(shù)工程整定方法

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• 申請日: 2022-05-06
• 公開（公告）號: CN114740709A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設計）人: 曾敏;李陳靈;李壯;王哲睿;繆張鵬
• 申請（專利權）人: 南京輕機包裝機械有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 北京深川專利代理事務所(普通合伙) 16058
• 代理人: 鄭凱

1.一種基于伯德圖的控制系統(tǒng)PI參數(shù)工程整定方法，其特征在于：步驟一：建立控制對象系統(tǒng)數(shù)學模型，繪制系統(tǒng)伯德圖；獲取永磁同步電機的定子繞組參數(shù)L和R，建立數(shù)學模型；模型的建立可以通過matlab或者simulink，也可以手寫數(shù)學公式完成：

在matlab中的簡單編程建模，繪制伯德圖；

在matlab中簡單編寫如下完成有理式線性滯后環(huán)節(jié)模型；

Gdly2＝tf([Td^2-6*Td 12],[Td^26*Td 12])；

在PWM脈沖控制下永磁同步電機電流環(huán)數(shù)學模型為：

在matlab中簡單編寫如下完成PWM脈沖控制下永磁同步電機電流環(huán)數(shù)學模型，并繪制伯德圖對比；

Gobj_a3＝Gobj*Gdly2

hl＝bodeplot(Gobj_a3,'r-',Gobj,'g--')；

步驟二：在伯德圖中找到控制對象系統(tǒng)的截止頻率和最佳相位裕度對應的增益；通過控制對象系統(tǒng)伯德圖中的幅值穿越0dB所在頻率點，找到對象系統(tǒng)的相位φ并得到當前相位裕度Pm＝180+φ；理論和工程中均已Pm＝45°為最佳，如果Pm太大，則需要通過在對象系統(tǒng)中串接PID環(huán)節(jié)來校正，讓對象系統(tǒng)的相位裕度在最佳Pm左右；

步驟三：在伯德圖中尋找控制對象系統(tǒng)的最佳相位裕度Pm＝45°所處的頻率點及對應的增益；

在matlab中的簡單編程，尋找Pm的頻率；調整下面代碼中的頻率Freq，并實時查看控制對象系統(tǒng)伯德圖中對應的相位值phase，當phase＝＝-135°時即完成Pm的尋找；此時，mag值就是控制對象系統(tǒng)的最佳相位裕度對應的增益；

％PM＝45°的頻率特征

Fpm＝834.6；％Hz

[mag,phase,rads]＝bode(Gobj_a3,Fpm*2*pi)；

觀察伯德圖，得知Pm＝45°的頻率為834.6Hz，相應角頻率為ω＝132.8rad/s，對應的幅值增益為-5.27dB；

步驟四：計算整定PI環(huán)節(jié)控制參數(shù)Kp，Ki/Ti；

要想將上述永磁同步電機電流環(huán)的實現(xiàn)在最佳相位裕度，就要通過調整PI參數(shù)，將控制對象當前Pm對應頻率點處的增益調整1(0dB)，并且要對當前相位影響不大，這樣就可既提高了控制對象系統(tǒng)的快速響應性的穩(wěn)定性；

控制對象系統(tǒng)伯德圖中Pm對應的增益為-5.27dB，通過以下公式計算得到比例參數(shù)Kp為

20lg(K_p)＝5.27

可計算得到K_p＝1.834；

K_p＝1.834相當于給控制系統(tǒng)增加了5.27dB的增益，使得控制系統(tǒng)的在Pm頻率出的增益調整為0dB，即幅值增益為1；

觀察PI環(huán)節(jié)的伯德圖中控制曲線，當τ_iω＝20時，PI控制器引起的相位滯后僅為2.86°，對控制對象系統(tǒng)的相位裕度影響很小，可選此值計算積分時間進而得到積分參數(shù)Ki為

加入PI控制器后，控制對象的系統(tǒng)伯德圖。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于伯德圖的控制系統(tǒng)PI參數(shù)工程整定方法，其特征在于：考慮變流器功率器件IGBT的控制脈沖PWM的滯后影響，可以用一下有理式代替實際的脈沖滯后環(huán)節(jié)：

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于伯德圖的控制系統(tǒng)PI參數(shù)工程整定方法，其特征在于：所述步驟一的理式線性滯后環(huán)節(jié)模型中Td為1.5個PMW脈沖鎖定應的時間值。