16、PID控制系统调优与实验验证解析

PID控制系统调优与实验验证解析

1. 电流环噪声实验研究

电流控制系统带宽会受到系统中各种噪声的限制，这些噪声可能来自PWM误差的高频成分或电流传感器的测量噪声。当参数 $\alpha$ 增大或电流控制系统的闭环带宽增加时，它们对控制信号（$v_d$ 和 $v_q$）和电流输出的影响会增大。

实验采用PI控制器控制d轴电流，比例控制器控制q轴电流，并在外部环路系统中使用PI速度控制。PWM开关频率设置为2kHz，电流控制回路的采样间隔选择为 $\Delta t = 100 \mu s$，速度控制回路为 $\Delta t = 200 \mu s$。相关控制参数如下表所示：
| 图号 | 速度控制器 ($w_n, \xi, i_{qmax}$) | d轴电流控制器 ($w_n, \xi, v_{dmax}$) | q轴电流控制器 ($\alpha, v_{qmax}$) |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| Fig. 5.12 | 150, 0.7, 8 A | 400, 0.7, 25.2 V | 0.8, 52.0 V |
| Fig. 5.13 | 150, 0.7, 8 A | 400, 0.7, 25.2 V | 0.5, 52.0 V |

实验结果表明，采用q轴电流比例控制时，参考信号 $i_q^*$ 与电流反馈信号 $i_q$ 之间存在稳态误差，且 $\alpha$ 值越小，稳态误差越大。同时，使用较小的 $\alpha$ 时，控制信号 $v_q$ 包含的噪声要少得多，而由于噪声幅度较大，$v_q$ 的约束条件会被激活。

1.1 实验步骤