12、PID控制系统实现详解

PID控制系统实现详解

在驱动器和功率转换器的PID控制系统设计完成后，接下来需要关注的就是PID级联控制系统的实现。由于电气驱动的控制系统通常配置为级联控制系统，存在内环和外环PI控制器，因此实现算法可能会有所不同。此外，在控制系统实现过程中还会有操作限制，例如电压和电流的操作限制对于在大负载和瞬态过程中保护电子设备是必要的。若在控制系统中使用PI控制器，就需要抗积分饱和机制来确保良好的闭环性能。

1. 电流控制系统中P和PI控制器的实现

在电流环控制系统中，可以使用两种类型的控制器，即P控制器和PI控制器。由于存在操作限制，需要特别关注饱和和抗积分饱和方案。

1.1 电流控制系统中的电压操作限制

电流控制信号是d轴和q轴电压$𝑣_d$和$𝑣_q$。由于逆变器的操作，电气驱动和功率转换器的d - q轴电压受到PWM和直流电压的限制。假设直流母线电压为$V_{dc}$（V），使用带谐波注入的PWM或空间矢量PWM时，空间矢量电压信号的幅度限制为$\frac{V_{dc}}{\sqrt{3}}$。这一限制转化为对d轴和q轴电压幅度的约束：
$\sqrt{𝑣_d^2 + 𝑣_q^2} \leq \frac{V_{dc}}{\sqrt{3}}$
这是一个非线性约束方程，其约束区域是一个半径为$\frac{V_{dc}}{\sqrt{3}}$的圆。由于该约束方程是$𝑣_d$和$𝑣_q$的二次函数，因此提出线性近似来获取d轴和q轴电压的限制。

• 矩形近似

  • 该方法是用矩形区域（也称为盒装约束）来近似圆形区域。假设一个参