变频器的PID控制(变频控制经典).pdf

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1、EA产品与技术理论&知识变频调速问答（十二）文/宜昌市自动化研究所张燕宾变频器的PID控制(上)问题1　闭环控制要达到什么目的？与储气罐内的实际压力对应的电信号，称为反馈信号，以空气压缩机的恒压控制系统为例，如图1所示。其基用X表示。在变频器中，X也称反馈量或当前值。FF本工作过程是：电动机带动空气压缩机旋转，使之产生压缩在恒压控制系统中，要求X永远无限接近于X。FT空气，并储存于储气罐中。储气罐中空气压力的大小取决于X≈XFT空气压缩机产生压缩空气的能力(在本系统中，就是取决于电pX反馈量(X)F动机的转速n)和用户用气量之间的平衡状况。pMT目标值(X)T

2、为了保证供气质量，要求储气罐的空气压力稳定在某一SP个数值上。这个数值，是我们的控制目标，称之为目标压力，用p表示。储气罐T恒压控制对拖动系统的具体要求是：图2目标信号与反馈信号当用户的用气量增加，储气罐内的实际压力p小于目标X压力p时，要求电动机加速，使储气罐内的压力上升至目标问题3　怎样实现被控制的物理量稳定在所希望的数值？T值，如图1a所示。要使拖动系统中的某一个物理量(例如压力)稳定在所希望反之，当用户的用气量减少，储气罐内的实际压力p大的数值上，变频器的工作过程具有两个方面：X于目标压力p时，要求电动机减速，使储气罐内的压力下降一方面，系统将根据给定

3、的目标信号来控制电动机的运T至目标值，如图1b所示。行；另一方面，又必须把反馈信号反馈给变频器，使之与目这就是闭环控制所要达到的目的。标信号不断地进行比较，并根据比较结果来实时地调整电动机的转速。ppTT所以，变频器必须至少有两种控制信号：目标信号与反p＜pTp＞pTSPSP馈信号。储储仍以空气压缩机的恒压控制系统为例，如图3所示。气气罐罐(1)闭环控制的信号安排n↑n↓MM空气空气目标值当前值SPM压缩机M压缩机nnMMURSP(a)压力小于目标值(b)压力大于目标值SU/fV图1闭环控制的目的TW储气5VXRPT罐VRF问题2　什么是目标信号？什么是反馈信

4、号？空气XGND压缩机FM图2中，与目标压力对应的电信号，称为目标信号，用VPFXT表示。在变频器中，XT也称为目标值或给定值。图3闭环控制系统示意图112

5、电气时代2006年第2期理论&知识EA产品与技术1)目标信号在图3中，目标信号由电位器RP根据需要则：当电动机以某一转速n运行，其对应的频率和给定X人为地给定，接至变频器的给定输入端VRF。信号分别是f和X时，反馈信号与目标信号之差为XG2)反馈信号通过传感器SP测得，接至变频器的反馈输ε＝X－X＝X/K(2)TFGP入端VPF。式中，ε——稳态时的控制误差，也称偏差或静差，即反馈(2)闭环控制的工作过程

6、信号与目标信号之差。1)空气压力p不足→X＜X→(X－X)＞0由式(2)知，比例增益越大，则ε越小，储气罐内的压力XFTTF→变频器的输出频率f↑→电动机的转速n↑→空气压越稳定。这就是引入比例增益的目的。XX力p↑，直至p与目标压力p相等为止；XXTRU2)空气压力p过大→X＞X→(X－X)＜0XFTTFSU/fV(fX1，UX1)→变频器的输出频率f↓→电动机的转速n↓→空气压XXTWf力p↓，直至p与目标压力p相等为止。XXXTΔX＝X/Kf问题4　为什么要加入比例增益？RPGPX11＋10VXTXT－XFX(1)问题的提出GXT2UinK0－PXX3G

7、NDG1G变频器的输出频率fX既然取决于目标信号XT和反馈信号X4Iin＋FXF5Iin－XF的差值(XT－XF)。那么，能否直接把差值(XT－XF)作为频＝(X－X)·KTFP率给定信号X呢？G如上述，闭环控制的目的是使XF≈XT，或(XT－XF)≈0。图5引入比例增益如果X＝(X－X)≈0，则必有变频器的输出频率f≈0，如GTFX图4所示，空气压缩机将停止运转。显然，这将不可能使储气问题5　积分环节和微分环节起什么作用？罐的压力保持稳定。(1)问题的提出如上述，比例增益K越大，则静差ε越小。因此，为了PRU减小静差，应加大K，如图6a所示。SU/fV(f，

8、U)PX1X1TW但KP太大了，XF和XT稍有差异，变频器的给定信号XG和输出频率f以及电动机的转速n都会迅速变化。到了(X－fXXTRPX1＋10VX)≈0时，由于传动系统和控制电路都有惯性，上述变化不XT＋XT－XF＝FX2UinT3GNDX≈X－XG？能立即停止，形成“超调”，即调过了头。于是又反过来变化，TFX4Iin＋0XF5Iin－XG再次(反方向)超调，形成振荡，如图6b所示。FX≈0GXXFFε小图4出现的问题XXTTε大K大P在这里，一方面，要求频率给定信号X与差值(X－X)K过大GTFPK小成正比；另一方面，X又不能直接等于(X－X)，这就

9、是问PGTF题所在。00P调节t振荡t