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PID控制器参数整定及其在逆变控制上的应用

作　者: 安芳
导　师: 伍家驹
学　校: 南昌航空大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: PID控制 参数整定 可视化 逆变器 双闭环
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


PID控制器发展至今，控制理论的发展经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论3个阶段。PID控制，由于其结构简单、工作可靠、鲁棒性好、在工程上易于实现且有效，被广泛应用于工业过程控制中。本文首先阐述了PID控制器的常用参数整定方法。针对PI控制器的参数整定通常采用归一参数法和试凑法，很难得到优化的整定参数的问题，本文提出了一种快速且有效的基于四维数据可视化算法的PI控制器参数整定方法。运用可视化方法将Bode图形簇体现在四维可视化幅频特性图和相频特性图里，可直接观察kp,ki与幅频特性和相频特性的关系。该方法可间接地将幅值裕度和相角裕度表现在频域特性里，通过观察频域特性的变化来达到整定的目的。仿真实例表明该方法适用于低阶或高阶被控对象，得到了比较满意的效果，阶跃响应验证该方法的正确性。然后分析了单相SPWM逆变器的工作原理，并建立其数学模型，在此基础上推导出逆变系统的状态方程和传递函数，得出系统结构图，并对系统模型结构进行仿真。仿真结果表明，波形畸变较大，THD值偏高。为此，本文引入电压、电流反馈，将可视化算法应用到单相逆变器的设计中，采用PI控制对输出电压反馈进行控制。仿真结果表明，在PI双闭环控制下，单相SPWM逆变器输出电压、电流波形较好，动、静态性能较好，THD值较低。接着对单相不控整流电路中电感后置与前置电路就稳态和瞬态分别作了分析，并推导出了数学模型。最后是对本文的总结和展望。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第1章 绪论  8-12
  1.1 引言  8
  1.2 PID 控制器简介  8-10
    1.2.1 PID 控制器原理  8-9
    1.2.2 控制器参数对控制性能的影响  9-10
  1.3 逆变器控制策略  10-11
  1.4 主要研究内容和结构安排  11-12
第2章 PID 控制器的常规整定方法  12-25
  2.1 Z-N 法及其改进的 Z-N 法  12-14
  2.2 ISTE 最优整定法  14-16
    2.2.1 性能指标简介  14-15
    2.2.2 ISTE 最优整定法  15-16
  2.3 基于继电反馈的 PID 参数整定方法  16-20
    2.3.1 继电自整定基本原理  16-17
    2.3.2 求取 PID 控制器参数  17-18
    2.3.3 基于 PM 法的继电整定  18-20
  2.4 基于内模控制的 PID 参数整定方法  20-22
    2.4.1 内模控制(IMC)思想  20-21
    2.4.2 基于内模控制的 PID 参数整定  21-22
  2.5 非线性 PID 控制  22-25
    2.5.1 跟踪-微分器原理  22-23
    2.5.2 基于跟踪-微分器的非线性 PID 控制  23-25
第3章 基于可视化的 PI 控制器参数整定方法  25-35
  3.1 引言  25
  3.2 控制系统  25-27
  3.3 算法简介  27-28
  3.4 频域分析  28
  3.5 仿真算例  28-34
  3.6 结论  34-35
第4章 PI 可视化算法在逆变控制中的应用  35-64
  4.1 工作原理  35-36
  4.2 数学建模  36-39
  4.3 逆变器仿真  39-40
  4.4 死区设置及补偿  40-45
    4.4.1 死区存在的必要性  40-41
    4.4.2 死区效应  41
    4.4.3 死区补偿方案  41-45
  4.5 控制方法设计  45-53
    4.5.1 反馈环节设计  46-48
    4.5.2 电压调节器的设计  48-53
  4.6 仿真  53-63
    4.6.1 基于模型结构的单相 SPWM 逆变器的仿真  53-57
    4.6.2 PI 双闭环单相 SPWM 逆变器的仿真  57-63
  4.7 小结  63-64
第5章 整流电路的分析  64-75
  5.1 电感后置时的单相桥式不控整流电路  64-72
    5.1.1 单相桥式不控整流电路稳态时的分析  64-71
    5.1.2 单相桥式不控整流浪涌时的分析  71-72
  5.2 电感前置时的单相桥式不控整流电路  72-74
  5.3 小结  74-75
第6章 总结与展望  75-77
  6.1 总结  75
  6.2 展望  75-77
参考文献  77-81
发表论文和参加科研情况说明  81-82
致谢  82-83

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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