异步电机控制系统PI参数计算
基于PI控制算法的电机速度调节系统设计与实现
基于PI控制算法的电机速度调节系统设计与实现标题：基于PI控制算法的电机速度调节系统设计与实现摘要：本文通过使用PI控制算法来设计和实现电机速度调节系统，使得电机能够准确地调整转速以适应各种工况。
首先介绍了PI控制算法的原理和特点，然后介绍了电机速度调节系统的组成以及系统的建模过程。
接下来详细阐述了PI控制算法在电机速度调节系统中的应用，包括参数调节方法和调节过程。
最后进行了系统实验验证，结果表明该电机速度调节系统基于PI控制算法具有较好的性能和鲁棒性。
1. 引言电机速度调节是现代工业自动化中常见的任务之一，它要求电机能够精确地调整转速以适应工况的变化。
PI控制算法是最常用的控制算法之一，它结合了比例控制和积分控制的优点，具有较好的控制效果和稳定性。
2. PI控制算法的原理和特点PI控制算法通过比例控制和积分控制来实现对系统的调节。
比例控制根据当前偏差的大小进行调整，而积分控制则根据历史偏差的大小进行调整，从而消除系统的静差。
3. 电机速度调节系统的组成和建模电机速度调节系统主要由电机、编码器、控制器和执行机构等组成。
系统的建模过程包括对电机的动态特性进行建模和对控制环节进行建模。
4. PI控制算法在电机速度调节系统中的应用PI控制算法通过对系统的偏差信号进行处理，得到控制量，并通过控制器对电机进行控制。
参数调节是PI控制算法的关键部分，常用的方法有经验法和自整定法等。
5. 系统实验验证为了验证该电机速度调节系统的性能和鲁棒性，进行了一系列实验。
实验结果表明，该系统能够准确地调节电机的转速，并能够适应不同的负载变化。
6. 结论本文通过使用PI控制算法设计和实现了电机速度调节系统。
实验结果表明，该系统具有较好的性能和鲁棒性，能够准确地调节电机的转速，并能够适应不同的工况变化。
进一步的研究可以考虑其他控制算法的应用以及系统的优化改进。
基于改进PSO算法的电机控制系统PID参数优化
电动 机 控 制 电压 到转 速 的 传 递 函 数 的 模 型 为
Ｑ（ 引
一
１ ｃｔ ／ ，
将 代 入 一 个 与求 解 问题 相 关 的 目标 函数 ，即
・
（） Ｔｓ＋位 移 的 传递 函 数 模 型 为
（ 引
１ Ｃ。 ／
一
可 计 算 出相 应 的适 应 值 。用 ｐ ｅ 。 ＝ ，…， 记 录第 ｂｓ １ ） ｔ ２ ｉ 粒 子 自身 搜 索 到 的最 优 位 置 ，用 ｇｅ 记 录 该 种 个 ｂｓ ｔ
中图 分 类 号 ：ＴＰ ７ ￣５ ２ ３ ． 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ Ｏ — １ ８ ２ ０ ） ６ ０ ７ 一 Ｏ Ｏ３ ８ Ｘ（ ０ ７ ０ － １ ６ ３
一
Ｏ 引 言
对 于 以 Ｐ Ｄ作 为控 制 器 的 电机 控 制 系 统 ，其 性 Ｉ 能 的 优 劣 主 要 决 定 于 控 制 参 数 的 合 理 性 。 国 内 外
机 粒 子 ，通 过 迭 代 找 到 最 优 解 。
假 定 一 个 包 含 ｍ个 粒 子 的 粒 子 群 在 Ｄ维 目标 空
１ 直 流 电动 机 的数 学模 型
电 枢 控 制 直 流 电动 机 简化 后 的微 分 方 程 为
＋ ｋｆ：ＫＵ （ 一 ２ （ ａ（ ） Ｉ ） ＫＭ ） ｆ ｆ
群 体 。 每 个 粒 子 性 能 优 劣 程 度 取 决 于 待 优 化 问题 目 标 函 数 确 定 的适 应 值 ，每个 粒 子 由一 个 速 度 决 定 其 飞行 的 方 向和 速 率 的大 小 ，粒 子 们 追 随 当前 的最 优
粒 子 在 解 空 间 中 进 行 搜 索 。Ｐ Ｏ 初 始 化 为 一 群 随 Ｓ
异步电动机调压调速系统
（5-4）
Tema x 21Rs
3npUs2 Rs212(LlsL'lr)2
（5-5）
由图5-4可见，带恒转矩负载工作时， 普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点 为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超 过 0 ~ sm ，调速范围有限。如果带风机类 负载运行，则工作点为D、E、F，调速范 围可以大一些。
U TVC——双向晶闸管交流调压器
n2
A A’ 闭环变压调速系统的近似动态结构图
’’ 现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来（图5-12中曲线c），起动时间
也短于一级降压起动。
U 根采变据用化图 普 时5通静-6异差a所步率示电很的机大原的（理变见图电图，压5-5可调）以速，画时开，出环调静控速态制范结很围构难很图解窄，决，如这采图个5用矛-7高所盾转示。子。电阻的力矩电机可以增大*n调3速范围，但机械特性又变软，因而当负载
为此，对于恒转矩性质的负载，要求调 速范围大于D=2时，往往采用带转速反馈 的闭环控制系统（见图5-6a）。
1. 系统组成
~
+
U*n +
GT ASR Uc
Un
M 3~
n
T-G-
a)原理图
图5-6 带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统
2. 系统静特性 异步电机近似的传递函数
由图5-4可见，带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超过 0 ~ sm ，
ua VT2
a)
ub
VT3
uc
Ua0 a
b 0
c 负载
•型接法
ia ua b) ub
异步电机控制系统pi参数计算【可编辑】
异步电机控制系统PI 参数计算对于一个控制系统，在设计PI 调节器的参数时，应该先根据系统的传递函数计算出PI 参数的数量级，然后根据系统的响应性能进一步优化PI 参数值。
下面以异步电机控制系统电流环PI 参数推导为例，讲解异步电机控制器PI 参数的设计方法。
1. 异步电机的矢量控制电流环和转速环异步电机的矢量控制电流环和转速环如上图所示。
上述控制量的传递过程是：给定转速与反馈转速进行转速PI 调节输出sq *i ，给定电流与反馈电流经过电流控制器的PI 调节后生成给定电压信号sq *U ，此电压信号用于产生转子磁链，要计算控制器的PI 参数值，首先要计算出相关的传递函数，再利用PI 调节器对系统进行校正，根据给定的ξ和n ω计算出K P 和K i 值。
下面推导电流环sq *U 与rd ϕ的传递函数。
矢量控制系统已有几种方案获得成功应用，包括转子磁场定向矢量控制、气隙磁场矢量控制、定子磁场矢量控制，所谓磁场定向就是规定d 轴与磁场方向的关系，当取d 轴与转子磁场方向重合时，就是转子磁场定向当取dq 坐标系的旋转速度与定子磁场同步旋转速度相同时，此时转子磁通在q 轴的分量为零，目前应用最广泛的就是按转子磁场定向的矢量控制。
此时：r rm rd ϕϕϕ== 2.38 0rt rq ==ϕϕ 2.39ωωω-=1s 2.40磁链方程：rd m sd s i L i L +=sdϕrq m sq s i L i L +=sq ϕ 2.41rd r sd m i L i L +=rd ϕ 0sq =+=rq r sq m i L i L ϕ由以上四式解出rd i 、rq i 与sd i 、sq i 的关系：rsq m rq L i L i -= 2.42)(1sd m rd rrd i L L i -=ϕ 2.43根据文件上《异步电机dq 坐标系上的数学模型推导》得出：sq dqs sd sd s sd P i R u ϕωϕ-+=sd dqs sq sq s sq P i R u ϕωϕ-+=0=+=rd rd r rd P i R u ϕ 2.440=+=rd dqr rq r rq i R u ϕω在鼠笼式异步电机中rd u 、rq u 为0。
三相异步电动机双速可逆变频调速PLC控制
三相异步电动机双速可逆变频调速PLC控制异步电动机变频调速所要求的变频电源几乎都采用静止式变频器。
利用变频器进行调速控制时，只需改变变频器内部逆变电路换流器件的开关顺序，即可以达到对输出进行换相的目的，很容易实现电动机的正、反转切换。
本文介绍了PLC在三相交流异步电动机变频调速系统方面的设计，说明了系统的控制策略和工作原理，探讨三相异步电动机双速可逆变频调速PLC控制。
1、PLC在三相交流异步电动机变频调速系统设计三相交流异步电动机变频调速系统，以可编程序控制器PLC 作为核心控制部件，通过速度传感器将电动机的转速信号传给PLC, PLC经过控制规律的运算后，给出控制信号，改变电动机输入电压的频率，来调节电动机的转速，从而构成了一个闭环的速度控制系统。
如图1 所示。
2、三相异步电动变频器电路连接的要点2.1变频器前面一定要加接触器输入侧接触器的作用。
一般说来，在断路器和变频器之间，应该有接触器。
a. 可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电。
b. 发生故障时可自动切断变频器电源，如：变频器自身发生故障，报警输出端子动作时，可使接触器KM迅速断电，从而使变频器立即脱离电源。
另外，当控制系统中有其他故障信号时，也可迅速切断变频器电源。
2.2变频器与电动机之间是否接输出接触器并不要求和工频进行切换时，变频器与电动机接触器，则有可能在变频器的输出频率较高的致变频器跳闸。
a. 当一台变频器只控制一台电动机，且并不要求和工频进行切换时，变频器与电动机之间不要接输出接触器。
因为如果接入了输出接触器，则有可能在变频器的输出频率较高的情况下启动电动机，产生较大的启动电流，导致变频器跳闸。
b. 必须接输出接触器的情况有两种：当一台变频器接多台电动机时，每台电动机必须要有单独控制的接触器。
另外，在变频和工频需要切换的情况下，当电动机接至工频电源时，必须切断和变频器之间的联系。
通用变频器，一般都是采用交、直、交的方式组成，利用普通的电网电源运行的交流拖动系统，为了实现电动机的正、反转切换，必须利用触器等装置对电源进行换相切换。
基于模糊自整定的异步电机PI控制系统设计
２模 糊逻 辑 控制
本文 中的模糊逻辑控 制系统框 图如图１ 所示。 主模糊控 制部分作为速度控 制器 ， 模糊 自整定则 用来测定主模糊控制的输出［ ５ １ 。 模糊控制的输出是递增 型 的。 能影响系统效果的是积分器 输出 ， 所 以系统必须 能够有效管理过剩 的积分输 出。 因此， 需要有抗饱和环 节。 这个环节可 以通 过模 糊规则的设定来达到 。
ａ ｎ ｄ ｓ ｕ ｄ ｄ ｅ ｎ ｃ ｈ ａ ｎｇ ｅ ｉ ｎ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｃ ｅ ． Ｔｈｅ ｐ ｅ ｆ ｒ ｏｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐａ ｒ ｅ ｄ ｔ ｏ ＰＩ —ｆ ｕｚ ｚ ｙ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ． Ｒｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ ．
ｎ ｔ ｕ ｎ ｉ ｎ ｇ ， ｏ ｖ ｅ ｒ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｉ ｎ ｇ ｉ ｔ ｎ Ｒ ｅ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｉ ｔ ｖ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｏ ｐ ｏｖ ｒ ｉ ｄ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ， ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｏ ｖ ｅ ｓ ｒ ｈ ｏ ｏ ｔ ｉ ｎ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｔ ｏ ｄ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｂ ａ ｎ ｃ ｅ
PID基本概述和参数调整口诀
PID基本概述和参数调整口诀（一）PID基本概述：1、PID是一个闭环控制算法。
因此要实现PID算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反馈。
比如控制一个电机的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反馈到控制路线上，下面也将以转速控制为例。
2、PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法。
但并不是必须同时具备这三种算法，也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。
我以前对于闭环控制的一个最朴素的想法就只有P控制，将当前结果反馈回来，再与目标相减，为正的话，就减速，为负的话就加速。
现在知道这只是最简单的闭环控制算法。
3、比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用：比例，反应系统的基本（当前）偏差e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定；积分，反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节就进行，直至无误差；微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。
但是微分对噪声干扰有放大作用，加强微分对系统抗干扰不利。
积分和微分都不能单独起作用，必须与比例控制配合。
4、控制器的P,I,D项选择：根据实际的目标系统调试出最佳的PID参数。
（二）常用控制规律的特点：1、比例控制规律P：采用P控制规律能较快地克服扰动的影响，它的作用于输出值较快，但不能很好稳定在一个理想的数值，不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响，但有余差出现。
它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。
如：水泵房冷、热水池水位控制；油泵房中间油罐油位控制等。
2、比例积分控制规律(PI)：在工程中比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。
积分能在比例的基础上消除余差，它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。
PI和PID调节PWM
硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形.其实现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波.但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制.
* 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期
* 在PWM控制寄存器中设置接通时间
* 设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚
* 启动定时器
* 使能PWM控制器
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。
1.3 SPWM法
SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.该方法的实现有以下几种方案.
对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。
异步电机电磁功率的计算公式
异步电机电磁功率的计算公式异步电机的电磁功率可以通过以下公式计算：
P = √3 V I cos(θ)。
其中，。
P 代表电磁功率（单位为瓦特，W）。
√3 代表3的平方根，即1.732。
V 代表电机的线电压（单位为伏特，V）。
I 代表电机的线电流（单位为安培，A）。
cos(θ) 代表功率因数，θ 为电机的功率角，通常在0到1之间。
这个公式可以用来计算异步电机的电磁功率，其中电机的线电压和线电流是很容易测量到的参数，而功率因数可以根据电机的特
性或者测量得到的相位角来计算。
这个公式可以帮助工程师和研究人员评估电机的性能和功率输出。
同时，电磁功率的计算对于电机的运行和效率评估也具有重要意义。
pi控制器
pi控制器PI控制器摘要：本文介绍了PI控制器的原理、应用和参数调节方法。
PI控制器是一种经典的控制算法，常用于工业自动化系统中。
本文首先给出了PI控制器的工作原理，然后介绍了其在温度控制、速度控制和液位控制等领域的应用，最后详细讨论了如何根据系统的实际需求调节PI控制器的参数。
一、引言在工业自动化系统中，控制器扮演着非常重要的角色，它能够根据输入信号调整输出信号，使得受控对象达到期望的状态。
PI控制器是一种经典的控制算法，被广泛应用于各种自动控制系统中。
二、PI控制器的工作原理PI控制器是一种将比例增益和积分增益结合起来的控制算法，其输出信号的计算公式为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt其中，u(t)表示控制器的输出信号，Kp表示比例增益，Ki表示积分增益，e(t)表示输入信号与期望值的差异。
比例增益决定了控制器的响应速度，增大比例增益可以加速系统的响应速度，但过大的比例增益可能导致系统出现震荡或超调现象。
积分增益可以消除系统的稳态误差，增大积分增益能更好地消除稳态误差，但过大的积分增益可能导致系统的响应速度变慢或导致系统不稳定。
三、PI控制器的应用1. 温度控制在温度控制系统中，PI控制器可以根据温度传感器的反馈信号调节加热器的加热功率，使得被控对象的温度达到期望值。
比例增益可以控制加热功率的调整速度，积分增益可以消除温度偏差。
2. 速度控制在机械系统中，PI控制器可以根据速度传感器的反馈信号来调节电机的转速，使得机械系统的运行速度达到期望值。
比例增益可以控制电机的加速度，积分增益可以消除速度偏差。
3. 液位控制在液位控制系统中，PI控制器可以根据液位传感器的反馈信号来调节液位调节阀的开度，使得液位保持在期望的范围内。
比例增益可以控制开度的调整速度，积分增益可以消除液位偏差。
四、PI控制器的参数调节方法调节PI控制器的参数是一个复杂的过程，需要根据控制对象的实际情况进行实验和调试。
PI是什么,PID整定经验
图b是比例增益p值与速度调节器asr的阶跃响应关系，图c是积分时间i值与速度调节器asr的阶跃响应关系。
一般的矢量变频器为了适应电动机低速和高速带载运行都有快速响应的情况，都设有两套pi参数值（即低速pi值和高速pi值），同时设有切换频率。
为了保证两套pi值的正常过渡，一些变频器还另外设置了两个切换频率，即切换频率1和切换频率2。
其控制原理是:低于切换频率1的频率动态响应pi值取a点的数值，高于切换频率2的频率动态响应pi值取b点的数值，位于切换频率1和切换频率2的频率动态响应pi值取两套pi参数的加权平均值。
如果pi参数设置不当，系统在快速启动到高速后，可能产生减速过电压故障（如果没有外接制动电阻或制动单元），这是由于在速度超调后的下降过程中系统再生制动状态能量回馈所致，因此合适的pi值对于系统的稳定性至关重要。
向左转|向右转在高性能的异步电动机矢量控制系统中，矢量变频器的转速的闭环控制环节一般是必不可少的。
通常，采用旋转编码器等速度传感器来进行转速检测，并反馈转速信号。
但是，由于速度传感器的安装给系统带来一些缺陷:系统的成本大大增加;精度越高的编码器价格也越贵;编码器在电动机轴上的安装存在同心度的问题，安装不当将影响测速的精度;安装在电动机轴上的体积增大，而且给电动机的维护带来一定困难，同时破坏了异步电动机的简单坚固的特点;在恶劣的环境下，编码器工作的精度易受环境的影响。
而无速度传感器的控制系统无需检测硬件，免去了速度传感器带来的种种麻烦，提高了系统的可靠性，降低了系统的成本;另一方面，使得系统的体积小、重量轻，而且减少了电动机与控制器的连线。
因此，无速度传感器的矢量控制方式在工程应用中变得非常必要。
无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。
实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了无速度传感器的矢量控制方式。
转差频率矢量控制系统PI调节器参数计算
转差频率矢量控制系统PI调节器参数计算矢量控制PI调节器参数计算1引言在转差频率型间接磁场定向控制装置中，转子磁链空间矢量ψr的大小与空间相位角是用所测得的定子电流和转速求得的。
在转子磁链定向矢量控制中，仅考虑转子磁通的稳态方程，就可以从转子磁通直接得到定子电流d轴分量的给定值，再通过对定子电流的有效控制，就形成转差矢量控制。
转差频率型间接磁场定向控制由于其控制简单已在实际中广泛应用，“和谐号”CRH2动力分散型高速动车组就是采用该控制算法[1] 。
本文根据转差频率矢量控制原理，采用连续系统的工程设计方法，对转差频率矢量控制系统的PI调节器进行设计和参数计算，并仿真验证设计的有效性和可行性。
2转差频率矢量控制系统传函转差频率矢量控制基本框图如图1所示。
图1 转差频率矢量控制模型根据转差频率矢量控制原理，可得下列表达式：Lmisd=ψrd（1）其中，Lm——定转子互感；isd——定子电流d轴分量；ψrd——转子磁链d轴分量。
该控制算法可以由下列方程表示[3](2)Tem——电磁转矩；Pn——极对数；ωsl——转差频率。
由转差频率矢量控制方程式可得注意到上式中存在和ωs有关的旋转电动势耦合项，因为Lmisd=ψrd，令(3)(4)(5)(6)从而有根据式（2）中，考虑到矢量控制过程中ψrd保持恒定，因而ψrd=const为常数，则写成传递函数形式为(7)图2为一个转差频率矢量控制系统的传递函数框图。
图2 转差频率矢量控制系统的传递函数框图3 PI调节器设计3.1 定子电流调节器设计在控制系统中选择定子电流作为控制变量的根本原因是：在进行磁场定向控制时，电磁转矩和磁通解耦后直接受控于定子电流的转矩分量与磁通分量，通过控制定子电流就能有效地控制转矩和磁通。
另外，电流调节器在一定意义上可以认为具有理想电流源的特性，可以不考虑电机的定子侧由于电阻、电感或反电动势造成的动态行为，使控制系统的阶数降低，同时也降低了控制环节的复杂性。
基于神经网络的异步电动机PI控制器参数在线整定
明 ，采 用 的控 制 方 案 可 行 ，在 负 载 转 矩 突 变 的 情 况 下 具 有 良好 的 转 速 特 性 ，增 强 了 系 统 的 鲁
棒 性 。
关键 词 ：异 步 电动 机 ；矢 量 控制 ；神经 网络 ；ＰＩ控 制
ＤＯＩ：１０．１６８０７／ｊ．ｅｎｋｉ．１２－１３７２／ｅ．２０１６．０５．００９
转 矩 电 流与 励 磁 电流 的解 耦 控 制 。在 实 际 控 制 系 统 的设 计 中 ，可 以 对 转 矩 电 流 分 量 和励 磁 电 流 分 量 分 别 进 行 闭 环 控 制 ，这 样 就 实 现 了 异 步 电 动 机 转 矩 的有 效控 制 。
在 传 统 的 异 步 电 动 机 矢 量 控 制 系 统 中 ，转 矩 电流 和励 磁 电流 的控 制 是通 过 ＰＩ调节 器 实 施 控 制 的 ，ＰＩ调 节 器 具有 结 构 简 单 、控 制 精 度 高 以及 鲁 棒 性好的特点 。但传统 的 ＰＩ控制参数 固定 ，在控制
康 少华 ，蒋林 飞 ，张 俊
（１．军事交通学院 军事物流 系，天津 ３００１６１；２．军事 交通学院 研 究生管理大队，天津 ３００１６１）
摘 要 ：针对传 统异步 电动机 矢量控制系统 ＰＩ控制器存在 的适 应性弱、不 能实时进行 自适应调
节 的 问题 ，提 出 了一种 基 于 神经 网络 的异 步 电动机 ＰＩ控制 器 参 数在 线整 定 的 控制 策 略 。 实验 表
收 稿 日期 ：２０１５—１２－２１；修 回 日期 ：２０１６－０１—１４ 作者简介 ：康少 华 （１９５９ ），女 ，教 授．
２０１６年 ５月
康 少华等 ：基 于神经 网络 的异步 电动机 ＰＩ控制器参数 在线整定
小型3相异步机参数
小型3相异步机参数
小型三相异步电机的参数包括额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、功率因数、极数、起动方式、绕组类型等。
下面我将从
这些方面对小型三相异步电机的参数进行详细解释。
1. 额定功率，指电机在设计和制造过程中确定的能够连续运行
的功率。
通常以千瓦（kW）为单位。
2. 额定电压，是指电机在额定运行条件下所需的电压。
常见的
额定电压有220V、380V等。
3. 额定电流，是指电机在额定运行条件下所需的电流。
通常以
安培（A）为单位。
4. 额定转速，是指电机在额定电压、额定频率下的转速。
通常
以转/分钟（rpm）为单位。
5. 功率因数，是指电机的有功功率与视在功率之比。
功率因数
的范围一般在0.8到1之间，越接近1表示电机的效率越高。
6. 极数，是指电机的转子上的磁极数目。
极数越多，电机的转速就越低。
7. 起动方式，是指电机启动时所采用的方法，常见的起动方式有直接起动、星角起动、自耦变压器起动等。
8. 绕组类型，是指电机的定子绕组和转子绕组的类型。
常见的绕组类型有鼠笼式绕组和绕线式绕组。
以上是关于小型三相异步电机的一些常见参数，不同型号和用途的电机可能会有一些差异。
如果你有具体的电机型号或需求，我可以为你提供更详细的信息。
速度环pi参数
速度环pi参数
速度环PI参数是控制系统中的一种重要参数，它与速度控制有关。
在电机控制系统中，通常使用速度环PI控制器来实现对电机转速的精确控制。
PI控制器是一种常用的控制器类型，它由比例和积分两个部分组成。
在速度环PI控制器中，比例部分用于根据误差信号产生一个输出信号，而积分部分则用于累计误差并产生一个输出信号。
具体来说，在速度环PI参数中，P代表比例系数，I代表积分系数。
比例系数决定了响应的速度和稳定性，而积分系数则决定了系统的鲁棒
性和稳态误差。
通常情况下，选择合适的速度环PI参数需要进行一定的试验和调整。
具体方法包括先设置一个合适的P值，在此基础上逐渐增加I值直至
达到理想效果。
同时还需要考虑到电机本身的特性以及其他因素对系
统性能的影响。
总之，在电机控制系统中，正确设置速度环PI参数是实现精确转速控制的关键之一。
通过合理调整这些参数可以提高系统稳定性、鲁棒性
和运行效率，从而实现更加精确的转速控制。
PI是什么,PID整定经验
图b是比例增益p值与速度调节器asr的阶跃响应关系，图c是积分时间i值与速度调节器asr的阶跃响应关系。
一般的矢量变频器为了适应电动机低速和高速带载运行都有快速响应的情况，都设有两套pi参数值（即低速pi值和高速pi值），同时设有切换频率。
为了保证两套pi值的正常过渡，一些变频器还另外设置了两个切换频率，即切换频率1和切换频率2。
其控制原理是:低于切换频率1的频率动态响应pi值取a点的数值，高于切换频率2的频率动态响应pi值取b点的数值，位于切换频率1和切换频率2的频率动态响应pi值取两套pi参数的加权平均值。
如果pi参数设置不当，系统在快速启动到高速后，可能产生减速过电压故障（如果没有外接制动电阻或制动单元），这是由于在速度超调后的下降过程中系统再生制动状态能量回馈所致，因此合适的pi值对于系统的稳定性至关重要。
向左转|向右转在高性能的异步电动机矢量控制系统中，矢量变频器的转速的闭环控制环节一般是必不可少的。
通常，采用旋转编码器等速度传感器来进行转速检测，并反馈转速信号。
但是，由于速度传感器的安装给系统带来一些缺陷:系统的成本大大增加;精度越高的编码器价格也越贵;编码器在电动机轴上的安装存在同心度的问题，安装不当将影响测速的精度;安装在电动机轴上的体积增大，而且给电动机的维护带来一定困难，同时破坏了异步电动机的简单坚固的特点;在恶劣的环境下，编码器工作的精度易受环境的影响。
而无速度传感器的控制系统无需检测硬件，免去了速度传感器带来的种种麻烦，提高了系统的可靠性，降低了系统的成本;另一方面，使得系统的体积小、重量轻，而且减少了电动机与控制器的连线。
因此，无速度传感器的矢量控制方式在工程应用中变得非常必要。
无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。
实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了无速度传感器的矢量控制方式。
如何选择pi参数
Matlab的PI调节器参数选取经验(1)、确定比例系数Kp确定比例系数Kp时，首先去掉PID的积分项和微分项，可以令Ti=0、Td=0，使之成为纯比例调节。
输入设定为系统允许输出最大值的60％～70％，比例系数Kp由0开始逐渐增大，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例系数Kp 逐渐减小，直至系统振荡消失。
记录此时的比例系数Kp，设定PID的比例系数Kp为当前值的60％～70％。
(2)、确定积分时间常数Ti比例系数Kp确定之后，设定一个较大的积分时间常数Ti（Kp/Ti=Ki），然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡；然后再反过来，逐渐增大Ti，直至系统振荡消失。
记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150％～180％。
(3)、确定微分时间常数Td微分时间常数Td（Kp*Td=Kd）一般不用设定，为0即可，此时PID调节转换为PI调节。
如果需要设定，则与确定Kp的方法相同，取不振荡时其值的30％。
(4)、系统空载、带载联调对PID参数进行微调，直到满足性能要求。
根据经验公式和主动悬架系统的特性对参数实行下述先比例，后积分，再微分的整定步骤。
它分为以下几步：1）首先我们整定比例部分。
即先将Ki和Kd设为0，然后由小变大逐步改变Kp，同时观察系统响应，直到控制系统得到反应快，超调小的响应曲线。
由于此时系统仍有静差，且静差仍在一个较大的范围内，所以单用比例调节器还不能达到目的，进入下一步调节。
2）加入积分环节，整定积分系数。
首先置Ki为一个较小的值，并将第一步整定得到的Kp略微缩小，如缩小为原值的0.8倍。
然后逐步增大Ki，观察系统响应曲线，使系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。
在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变Kp和Ki，以期得到满意的控制过程与控制参数。
使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，故我们转向第三步。
3）加入微分环节，构成比例积分微分调节器。
SEW-MC07B-异步电机系统调试步骤-ProfinetIO-总线系统调试步骤
SEW-MC07B-异步电机系统调试步骤-ProfinetIO-总线系统调试步骤配置：MC07B… + FSC11BProfinet IO ⽹关：DFE32B/UOH11B系统架构L1L2L3PEDRE(N)(S)...异步电机1. ⽔平驱动2. 升降驱动硬件接线：⽔平驱动⼀个⽹关可带8台变频器（从⽹关到最后⼀台变频器之间的SBUS通讯线总长不要超过50⽶），最后⼀台MC07B上的FSC11B的S1要拨到ON处，其它MC07B 上的FSC11B的S1和S2要拨到OFF处硬件接线：升降驱动!! （建议：制动器采⽤快速制动，PLC保护制动）（防⽌控制制动器的单个接触器粘连等意外坠落）⼀个⽹关可带8台变频器（从⽹关到最后⼀台变频器之间的SBUS通讯线总长不要超过50⽶），最后⼀台MC07B上的FSC11B的S1要拨到ON处，其它MC07B 上的FSC11B的S1和S2要拨到OFF处.如果Def IP开关在“1”的位置，⽤PLC设置好的IP地址，在断电后，⼜重新上电时，会恢复成默认地址192.168.10.4USB11A + FSC11B和SEW - MOTION STUDIO软件设定电机参数和相应运⾏参数（详见SEW-MC07B变频器-MOTION STUDIO软件调试PPT）或使⽤键盘盒—FBG11B 1．设定电机参数2. 设定运⾏参数①再按，显⽰；按键或键，到处，显⽰，按键，显⽰；②按键或键，直到显⽰，按键，选择能设定所有参数），按键确认，然后按退出；设定参数100 →设为10 / SBus 1/fixed setpoint（总线控制）101 →设为3 / SBus 1（总线控制）130 →加速斜坡时间131 →减速斜坡时间136 →使能快停时间301 →输出最⼩转速，⽔平驱动时：设为60rpm（保证全⼒矩转速）升降驱动时：设为90rpm（升降控制时，保证安全⼒矩转速）302 →输出最⼤转速303 →输出最⼤电流限幅500 →过载保护，设为ON501 →过载保护延迟时间，设为1s（当达到参数303设定值时的持续时间，根据实际情况调整）601 →设为0 / No function（DI02定义为⽆功能）602 →设为0 / No function（DI03定义为⽆功能）603 →设为0 / No function（DI04定义为⽆功能）604 →设为0 / No function（DI05定义为⽆功能）700 →设为0/ VFC（⽮量控制模式）731 →制动器释放时间，⽔平驱动时：设为0.1s升降驱动时：设为0.25s（升降控制时，起动时防溜车时间）732 →制动器应⽤时间，⽔平驱动时：设为0.1s升降驱动时：设为0.25s（升降控制时，停⽌时防溜车时间）870 →设为9/ Control word 1（总线PO1定义，控制启动；停⽌；故障复位）871 →设为1 / Setpoint speed（总线PO2定义，设定速度）872 →设为8/ Ramp（总线PO3定义，加减速时间）873 →设为6 / Status word 1（总线PI1定义，反馈实际状态）874 →设为1 / Actual speed（总线PI2定义，反馈实际转速）875 →设为2 / Output current（总线PI3定义，反馈实际输出电流，为⽐例系数，需进⾏换算）876 → Yes（允许PO值发送）881 →内部⽹络的1号站设为1；2号站设为2；3号站设为3；……；8号站设为8883 →设为0.1s（⽹关内部⼦⽹络通讯故障报警时间）然后，将⽹关上的AS开关在断电时，拨到1处，上电后稳定后，将此开关拨到0，再拨回1，让⽹关和变频器之间建⽴通讯PLC设定⾄变频器值PO1 : Control word 1 （控制字1）当需要控制电机转动时，需将第1位，第2位都置为1；即PO1发6需要停⽌电机转动时：如只将第1位置为0，将按136参数设定的减速斜率停⽌；即PO1发4如只将第2位置为0，将按131；133参数设定的减速斜率（如果PO3定义为⽆功能）或PO3设定的减速斜率停⽌（如果PO3定义为加减速斜坡功能）；即PO1发2如将第1位，第2位都置为0，将按136参数设定的减速斜率停⽌；即PO1发0当需要故障复位时，将第6位置为1即可；如PO1对应QW256，直接赋值到QW256即可PO2 :Setpoint speed （设定速度）速度设定⽐例为1：5，如需电机按1000rpm正转运⾏，需按5000进⾏设定；即PO2发5000如需电机按1000rpm反转运⾏，需按-5000进⾏设定；即PO2发-5000如PO2对应QW258，直接赋值到QW258即可PO3: Ramp （加减速斜坡）加减速斜坡设定⽐例为1：1ms，如需电机按2s加速或减速运⾏，需按2000进⾏设定；即PO3发2000这个斜坡值是指0-3000rpm的加速时间，如果实际需求速度为1000rpm，斜坡设定值为2000，则电机从0rpm到达1000rpm只需2s * (1000rpm / 3000rpm) = 0.67s如PO3对应QW260，直接赋值到QW260即可变频器反馈⾄PLC值PI1 : Status word 1 （状态字1）当第5位为1时，表⽰变频器有报警；⾼8位（8-15位）的整型数值为报警代码（代码含义请看SEW_MOVITRAC-B 系统⼿册-英⽂版Edition2013.7第350-354页）当第5位为0时，表⽰变频器没有报警；⾼8位（8-15位）的整型数值为变频器运⾏状态代码（代码含义SEW_MOVITRAC-B 系统⼿册-英⽂版Edition2013.7第341页）如PI1对应IW256，驱动系统的相应状态，直接从IW256读值即可PI2 : Actual speed （实际速度）速度设定⽐例为1：5，如读取值为5000，需按5000rpm / 5换算，则实际转速为1000 rpm如读取值为-5000，需按-5000rpm / 5换算，则实际转速为-1000 rpm如PI2对应IW258，电机运⾏的速度，直接从IW258读值即可Output current （输出电流）PI3 :从PI反馈回来的值为变频器额定输出电流的百分⽐，电机实际运⾏电流需根据所使⽤的变频器进⾏换算⽰例：⼀个MC07B0015-5A3-4-00（1.5KW）控制⼀个1.1KW的电机PI反馈给PLC的值为01C2（16进制），换算为10进制为450从下表可查出MC07B0015-5A3-4-00的额定输出电流为4A则电机实际运⾏的电流为4A * 450/1000 = 1.8A如PI3对应IW260，电机运⾏的电流，直接从IW260读值即可MC07B0015-5A3-4-00（1.5KW）的额定输出电流I N为4A电磁⼲扰屏蔽安装要求变频器⾄电机的动⼒电缆最好采⽤带屏蔽层，屏蔽层从头⾄尾最好不应有断层，并⽤⾦属夹可靠紧固，⼤⾯积接地变频器为⼲扰源，通过到电机的连线，会产⽣电磁⼲扰。
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异步电机控制系统PI 参数计算
对于一个控制系统，在设计PI 调节器的参数时，应该先根据系统的传递函数计算出PI 参数的数量级，然后根据系统的响应性能进一步优化PI 参数值。
下面以异步电机控制系统电流环PI 参数推导为例，讲解异步电机控制器PI 参数的设计方法。
1. 异步电机的矢量控制电流环和转速环
异步电机的矢量控制电流环和转速环如上图所示。
上述控制量的传递过程是：给定转速与反馈转速进行转速PI 调节输出sq *i ，给定电流与反馈电流经过电流控制器的PI 调节后生成给定电压信号sq *U ，此电压信号用于产生转子磁链，要计算控制器的PI 参数值，首先要计算出相关的传递函数，再利用PI 调节器对系统进行校正，根据给定的ξ和n ω计算出K P 和K i 值。
下面推导电流环sq *U 与rd ϕ的传递函数。
矢量控制系统已有几种方案获得成功应用，包括转子磁场定向矢量控制、气隙磁场矢量控制、定子磁场矢量控制，所谓磁场定向就是规定d 轴与磁场方向的关系，当取d 轴与转子磁场方向重合时，就是转子磁场定向当取dq 坐标系的旋转速度与定子磁场同步旋转速度相同时，此时转子磁通在q 轴的分量为零，目前应用最广泛的就是按转子磁场定向的矢量控制。
此时：
r rm rd ϕϕϕ== 2.38
0rt rq ==ϕϕ 2.39
ωωω-=1s 2.40
磁链方程：rd m sd s i L i L +=sd
ϕ
rq m sq s i L i L +=sq ϕ 2.41 rd r sd m i L i L +=rd ϕ
0sq =+=rq r sq m i L i L ϕ
由以上四式解出rd i 、rq i 与sd i 、sq i 的关系：
r
sq m rq L i L i -
= 2.42
)(1
sd m rd r
rd i L L i -=ϕ 2.43
根据文件上《异步电机dq 坐标系上的数学模型推导》得出：
sq dqs sd sd s sd P i R u ϕωϕ-+=
sd dqs sq sq s sq P i R u ϕωϕ-+=
0=+=rd rd r rd P i R u ϕ 2.44
0=+=rd dqr rq r rq i R u ϕω
在鼠笼式异步电机中rd u 、rq u 为0。
下面把转子磁链用sd i 表示。
sd r m rd
i P T L 1
+=ϕ 2.46 转差频率为：
rd
r sq m dqr dqs s T i L ϕωωωωω=
-=-=1 2.45
式中r T 为转子时间常数，r
r
r R L T =
将（2.38）、（2.39）、（2.41）代入（2.44）化简后可得：
sq s s rd r
m
sd s sd s sd i L L L P Pi L i R u σωϕσ-++= 2.47
)()(2
sq r
m sq s s sd m rd r m sd s sd s sd i L L
i L i L L L P Pi L i R u --++=ωϕ 2.48
式中：s r m L L L
2
1-=σ
转矩方程：
21rd s r
p rd sq r
m p e R n i L L n T ϕωϕ=
=
下面将sd u 表示成rd ϕ的形式，即sd i 化为rd ϕ的表达式，由 2.46式得
rd m
r sd L P T i ϕ1+=
sq s s rd r
m
sd s sd s sd i L L L P Pi L i R u σωϕσ-++=
其中sq s s sdc
i L u σω-=为与sq i 的耦合项，可以在电压逆变器的输入中加入
定子电压的补偿量sdc u ，这样就可以通过控制sd u 、sq u 独立控制sd i 、sq i 。
所以电压方程可以写为：
rd r
r m rd r m rd m r s rd m r s rd
r
m
rd m r s rd m r s rd
r
m
sd s sd s sd
L P T L P L L P L P T P L L P T R L L P L P T P L L P T R L L P Pi L i R u ϕϕϕϕϕϕσϕϕσ）（11111+-++++=++++=++=
得磁通环开环传递函数：
1)(1
)()(1
)(1
222
2
+++=
+++=
+
++=
+
++=
S S R L S S R L R L L R S L R S R L R L L R S L R S L L u r s r s s
m r s s
r
s
s
m
m
s
m s r s s m s
r s m
s
m s r s m r
s sd
rd
τττσττττστττστττσϕ
其中s τ、r τ分别为定转子时间常数：s
s
s L R =
τ，r
r r L R =
τ
PI 调节器的传递函数为：
s
s K y p ττ)
1(+=
引入PI 调节器后的传递函数为：
)
1)(()
1(2++++=
S S s R s K L u r s r s s
p m sd rd
τττστττϕ
此传递函数为三阶系统，进行因式分解化为二阶系统。
因式分解后的表达式为：
)
1)(1()1()
1)(()
1(21212+++=
++++=
s T s T R s T T K L S S s R s K L u r s s
p m r s r s s
p m sd
rd
ττστττττστττϕ
其中：
r
s r s r s r
s r
s r s r s r
s T T τσττττττσττσττττττστ4)()(24)()(22221-+++=
-+-+=
化为二阶系统时要消去离虚轴较近的极点，以提高系统的响应速度，因为21T T ≤，所以令1T =τ
，
此时的传递函数为
)1(22
+=
s T R T K L u r s s
p m sd
rd
τστϕ
令s
p m R T K L a
2
=
，
r s b τστ=
得
)1(2+=
s T b a
u sd
rd
ϕ
系统的闭环传递函数为：
b
T a S T S b
T a
a
bS bS T a
s 2222221)(+
+=
++=
φ 计算阻尼和自然振荡频率：
b
a T b
a T T
b T a n 222
22*
21
*21=
=
=ξω 二阶系统带宽b ω与自然振荡频率n ω的关系式为：
2
1222]
1)21()21[(+-+-=ξξωωn b
将a 、b 的值代入2
n ω的关系式得s
r s p m n
R T T K L τστω222
=
计算得2
22T L R T K m s
r s n p
τστω=
τ
p
i K K =
代入给定的ξ、b ω的值即可计算出p K 、i K 值。
《异步电机矢量控制系统设计及其PI 控制器参数优化研究》。