调节器设计
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主要的智能控制方法
专家系统 模糊控制 神经网络控制 智能控制特点 控制算法不依赖或不完全依赖于对象模型，因而系统具有较强的鲁棒性和对环 境的适应性。 智能型 PI 调节器 P111-112 例：一种由单神经元和专家系统相结合的智能型 PI 调节器 1。结构（图 3-18） x1,x2,x3 智能型 PI 调节的概述 2。调整规则 x1x3<0 减小 Kp x1x3>0 增大 Kp x1x3=0 保持 Kp x1,x2 决定 Ki 的变化趋势 智能型 PI 调节器的特点 3。参数初值 智能型 PI 调节器结构
i 1 i 1 k k 1
u(k ) KP e(k ) e(k 1) KITsame(k )
1
PI 调节器的输出 u(k ) u (k 1) u (k )
•限幅值设置
与模拟调节器相似，在数字控制算法中，需要对 u 限幅，这里，只须在程序内设置 限幅值 u m，当 u(k) >u m 时，便以限幅值 u m 作为输出。 不考虑限幅时，位置式和增量式两种算法完全等同 考虑限幅则两者略有差异。 增量式 PI 调节器算法只需输出限幅， 位置式算法必须同时设积分限幅和输出限幅，缺一不可。 图 3-17 带有积分限幅和输出限幅的位置式 PI 调节器程序框图
•PI 调节器的差分方程 •将上式离散化成差分方程，其第
k
k 拍输出为
u (k ) K P e(k ) K ITsam e(i) K P e(k ) uI (k )
i 1
u(k ) KPe(k ) KITsame(k ) uI (k 1)
以上是数字 PI 调节器的位置式算法。
u(k ) KPe(k ) KITsame(k ) uI (k 1)
可根据转速或（和）电流偏差的大小，在不同套的参数中进行切换。 3 积分量化误差的消除 P110
uI (k ) KITsame(k ) uI (k 1)
积分量化误差的产生—
uP (k ) K P e(k )
u(k ) KPe(k ) KITsame(k ) uI (k 1)
见 p109 图，下页。 将（3-15）拆为两步
1）积分部分 uI(k)=KITsame(k)+ uI(k-1) 2) u(k)=Kpe(k)+ uI(k) 每一步都判断限幅。 PI 调节器算法流程 Q2 改进的数字 PI 算法 PI 调节器的参数直接影响着系统的性能指标。 在高性能调速系统中， 有时仅仅靠调整 PI 参数难以同时满足各项静、 动态性能指标。 采用模拟 PI 调节器时，由于受到物理条件的限制，只好在不同指标中求其折衷。 而微机数字控制系统具有很强的逻辑判断和数值运算能力，充分应用这些能力，可 以衍生出多种改进的 PI 算法，提高系统的控制性能。 1 积分分离算法 2 分段 PI 算法 3 积分量化误差的消除 1. 积分分离算法 问题的提出：(p110) 模拟 PI 调节器中，只要偏差存在，P 和 I 就同时起作用，有可 能带来过大的退饱和超调。 积分分离算法基本思想 在微机数字控制系统中，把 P 和 I 分开。 当偏差大时，只让比例部分起作用，以快速减少偏差； 当偏差降低到一定程度后，再将积分作用投入，既可最终消除稳态偏差，又能避免 较大的退饱和超调。 积分分离算法表达式为
uI (k ) KITsame(k ) uI (k 1)
uP (k ) K P e(k ) u (k ) u P (k ) u I (k )
增量式 PI 调节器算法
u (k ) u (k ) u (k 1) K P e(k ) K ITsam e(i) K P e(k 1) K ITsam e(i)
u (k ) u P (k ) u I (k )
消除方法--（1）扩大字长，提高计算精度和分辨率 ---只增加积分项的有效字长（2） 将积分项分为整数与尾数两部分 Q3 智能型 PI 调节器 由上述对数字 PI 算法的改进可以得到启发--利用计算机丰富的逻辑判断和数值运 算功能，数字控制器 不仅能够实现模拟控制器的数字化， 而且可以大大拓宽控制规律的实现范畴：突破模拟控制器只能完成线性控制规律的 局限，完成各类非线性控制、自适应控制乃至智能控制等等。
3.4 Q1 Q2 Q3 Q1
数字 PI 调节器 模拟 PI 调节器的数字化 改进的数字 PI 算法 智能型 PI 调节器 模拟 PI 调节器的数字化 PI 调节器是电力拖动自动控制系统中最常用的一种控制器. 在微机数字控制系统中，当采样频率足够高时，可先按模拟系统的设计方法设计调 节器，然后再离散化，就可以得到数字控制器的算法，这就是模拟调节器的数字化。
•PI 调节器的传递函数 •PI 调节器时域表达式
其中
Wpi ( s)
U ( s) K pis 1 E ( s) s
1
u (t ) K pi e(t )
Fra Baidu bibliotek
e(t )dt K e(t ) K e(t )dt
P I
KP= Kpi 为比例系数 KI =1/ 为积分系数
u (k ) K P e(k ) CI K ITsam e(i)
i 1
k
1, CI 0,
e(i) e(i)
δ 为一常值。
积分分离法能有效抑制振荡，或减小超调，常用于转速调节器。
2
2．分段 PI 算法 问题的提出：(阅 p110)双闭环系统动态跟随性和稳定性的矛盾， 分段 PI 算法可以解决动态跟随性和稳定性的矛盾， 分段 PI 算法的表达式与式 （3-15） 离散 PI 算法完全一样， 但有两套或多套 PI 参数，
其中，Tsam 为采样周期
•数字 PI 调节器算法--有位置式、增量式两种
位置式算法——即上式差分方程， 特点：比例部分只与当前的偏差有关，而积分部分则是系统过去所有偏差的累积。 结构清晰，P 和 I 两部分作用分明，参数调整简单明了，但需要存储的数据较多。
积分部分： 比例部分： PI 调节器的输出
控制与调整规则
3
4
专家系统 模糊控制 神经网络控制 智能控制特点 控制算法不依赖或不完全依赖于对象模型，因而系统具有较强的鲁棒性和对环 境的适应性。 智能型 PI 调节器 P111-112 例：一种由单神经元和专家系统相结合的智能型 PI 调节器 1。结构（图 3-18） x1,x2,x3 智能型 PI 调节的概述 2。调整规则 x1x3<0 减小 Kp x1x3>0 增大 Kp x1x3=0 保持 Kp x1,x2 决定 Ki 的变化趋势 智能型 PI 调节器的特点 3。参数初值 智能型 PI 调节器结构
i 1 i 1 k k 1
u(k ) KP e(k ) e(k 1) KITsame(k )
1
PI 调节器的输出 u(k ) u (k 1) u (k )
•限幅值设置
与模拟调节器相似，在数字控制算法中，需要对 u 限幅，这里，只须在程序内设置 限幅值 u m，当 u(k) >u m 时，便以限幅值 u m 作为输出。 不考虑限幅时，位置式和增量式两种算法完全等同 考虑限幅则两者略有差异。 增量式 PI 调节器算法只需输出限幅， 位置式算法必须同时设积分限幅和输出限幅，缺一不可。 图 3-17 带有积分限幅和输出限幅的位置式 PI 调节器程序框图
•PI 调节器的差分方程 •将上式离散化成差分方程，其第
k
k 拍输出为
u (k ) K P e(k ) K ITsam e(i) K P e(k ) uI (k )
i 1
u(k ) KPe(k ) KITsame(k ) uI (k 1)
以上是数字 PI 调节器的位置式算法。
u(k ) KPe(k ) KITsame(k ) uI (k 1)
可根据转速或（和）电流偏差的大小，在不同套的参数中进行切换。 3 积分量化误差的消除 P110
uI (k ) KITsame(k ) uI (k 1)
积分量化误差的产生—
uP (k ) K P e(k )
u(k ) KPe(k ) KITsame(k ) uI (k 1)
见 p109 图，下页。 将（3-15）拆为两步
1）积分部分 uI(k)=KITsame(k)+ uI(k-1) 2) u(k)=Kpe(k)+ uI(k) 每一步都判断限幅。 PI 调节器算法流程 Q2 改进的数字 PI 算法 PI 调节器的参数直接影响着系统的性能指标。 在高性能调速系统中， 有时仅仅靠调整 PI 参数难以同时满足各项静、 动态性能指标。 采用模拟 PI 调节器时，由于受到物理条件的限制，只好在不同指标中求其折衷。 而微机数字控制系统具有很强的逻辑判断和数值运算能力，充分应用这些能力，可 以衍生出多种改进的 PI 算法，提高系统的控制性能。 1 积分分离算法 2 分段 PI 算法 3 积分量化误差的消除 1. 积分分离算法 问题的提出：(p110) 模拟 PI 调节器中，只要偏差存在，P 和 I 就同时起作用，有可 能带来过大的退饱和超调。 积分分离算法基本思想 在微机数字控制系统中，把 P 和 I 分开。 当偏差大时，只让比例部分起作用，以快速减少偏差； 当偏差降低到一定程度后，再将积分作用投入，既可最终消除稳态偏差，又能避免 较大的退饱和超调。 积分分离算法表达式为
uI (k ) KITsame(k ) uI (k 1)
uP (k ) K P e(k ) u (k ) u P (k ) u I (k )
增量式 PI 调节器算法
u (k ) u (k ) u (k 1) K P e(k ) K ITsam e(i) K P e(k 1) K ITsam e(i)
u (k ) u P (k ) u I (k )
消除方法--（1）扩大字长，提高计算精度和分辨率 ---只增加积分项的有效字长（2） 将积分项分为整数与尾数两部分 Q3 智能型 PI 调节器 由上述对数字 PI 算法的改进可以得到启发--利用计算机丰富的逻辑判断和数值运 算功能，数字控制器 不仅能够实现模拟控制器的数字化， 而且可以大大拓宽控制规律的实现范畴：突破模拟控制器只能完成线性控制规律的 局限，完成各类非线性控制、自适应控制乃至智能控制等等。
3.4 Q1 Q2 Q3 Q1
数字 PI 调节器 模拟 PI 调节器的数字化 改进的数字 PI 算法 智能型 PI 调节器 模拟 PI 调节器的数字化 PI 调节器是电力拖动自动控制系统中最常用的一种控制器. 在微机数字控制系统中，当采样频率足够高时，可先按模拟系统的设计方法设计调 节器，然后再离散化，就可以得到数字控制器的算法，这就是模拟调节器的数字化。
•PI 调节器的传递函数 •PI 调节器时域表达式
其中
Wpi ( s)
U ( s) K pis 1 E ( s) s
1
u (t ) K pi e(t )
Fra Baidu bibliotek
e(t )dt K e(t ) K e(t )dt
P I
KP= Kpi 为比例系数 KI =1/ 为积分系数
u (k ) K P e(k ) CI K ITsam e(i)
i 1
k
1, CI 0,
e(i) e(i)
δ 为一常值。
积分分离法能有效抑制振荡，或减小超调，常用于转速调节器。
2
2．分段 PI 算法 问题的提出：(阅 p110)双闭环系统动态跟随性和稳定性的矛盾， 分段 PI 算法可以解决动态跟随性和稳定性的矛盾， 分段 PI 算法的表达式与式 （3-15） 离散 PI 算法完全一样， 但有两套或多套 PI 参数，
其中，Tsam 为采样周期
•数字 PI 调节器算法--有位置式、增量式两种
位置式算法——即上式差分方程， 特点：比例部分只与当前的偏差有关，而积分部分则是系统过去所有偏差的累积。 结构清晰，P 和 I 两部分作用分明，参数调整简单明了，但需要存储的数据较多。
积分部分： 比例部分： PI 调节器的输出
控制与调整规则
3
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