一種基于pid算法的直流母線電壓控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于PID算法的直流母線電壓控制方法，根據(jù)PID算法公式：Δu(k)＝A×E(k)+B×E(k?1)+C×E(k?2)，給定恒定參數(shù)，并采用PID調(diào)節(jié)算法和實(shí)時跟蹤母線電壓相結(jié)合，從而能夠智能跟蹤頻率變化引起的電壓波動，通過比較當(dāng)前電壓所得到的反饋量與標(biāo)準(zhǔn)電壓所得到的給定量的差值變化來界定電壓波動幅值，來使得本發(fā)明相對傳統(tǒng)變頻改造更加節(jié)能，不需要再外接制動電阻消耗能量，從而其能夠根據(jù)實(shí)時監(jiān)測的母線電壓來自適應(yīng)調(diào)整輸出電壓，從而減少了電量的浪費(fèi)，減少了電費(fèi)開支，提高了利潤率；采用本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法能夠消除設(shè)備的硬啟硬停時對傳動及運(yùn)動部件的磨損，從而延長設(shè)備的使用壽命，減少大修次數(shù)，提高設(shè)備使用率。
【專利說明】
一種基于PID算法的直流母線電壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)控制領(lǐng)域，更具體地說，它涉及一種母線電壓的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石材快鋸機(jī)在石材行業(yè)應(yīng)用十分普遍。又稱排鋸，沙鋸，塊鋸；相比傳統(tǒng)切割方法 具有加工速度快，產(chǎn)品質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的快鋸變頻改造方案中，用通用變頻器調(diào)節(jié)拉鋸 速度，用制動單元消耗電機(jī)反饋的大量電能。簡單的利用普通變頻器來消耗多余的電能，在 電壓波動較大時還是會造成電費(fèi)開支大，節(jié)能效果差的問題，從而導(dǎo)致企業(yè)利潤空間小，產(chǎn) 品缺少市場競爭力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于PID算法的直流母線 電壓控制方法，該種方法減少了電量的浪費(fèi)，減少了電費(fèi)開支，提高了利潤率，延長了設(shè)備 的使用壽命，減少大修次數(shù)，提高設(shè)備使用率。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
[0005] -種基于PID算法的直流母線電壓控制方法，采用以下步驟：
[0006] a、設(shè)定PID調(diào)節(jié)的給定量S(k)，S(k)的值設(shè)定為三相輸入標(biāo)準(zhǔn)母線電壓Uref與系 統(tǒng)運(yùn)行時所允許的最大母線電壓Umax的百分比，即Uref/Umax;
[0007] b、設(shè)定PID調(diào)節(jié)的反饋量F(k)，F(xiàn)(k)的值設(shè)定為需要檢測的實(shí)時母線電壓Udc與最 大母線電壓Umax的百分比，即Udc/Umax;
[0008] C、設(shè)定PID調(diào)節(jié)的輸出為Au(k)，本次誤差為值E(k) = 100*[F(k)-S(k)]，前一次 誤差值為 E(k-l) = 100*[F(k-l)-S(k-l)]，前兩次誤差值為 E(k-2) = 100*[F(k-2)-S(k-2)];
[0009] d、設(shè)定控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，并設(shè)定比例增益Kp = 2.7,積分時間常數(shù) 打=8.008，微分時間常數(shù)了(1 = 0.02，采樣周期了8 = 0.00028;
[0010] e、設(shè)定該P(yáng)ID調(diào)節(jié)的控制算法公式為：
[0012]設(shè)定其中的系數(shù)：
[0013] A=Kp X (1+Ts/Ti+Td/Ts),B=Kp X (1+2 X Td/Ts),C=Kp X Td/Ts〇 [0014]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：
[0015] 當(dāng)k = l時，E(k)=Fl_Sl=El，E(k_2) = E(k_l) = 0。
[0016] 當(dāng) k = 2 時，E(k)=F2-S2 = E2，E(k-l)=Fl-Sl=El，E(k-2)=0。
[0017] 通過采用上述技術(shù)方案，采用PID調(diào)節(jié)算法和實(shí)時跟蹤母線電壓相結(jié)合，從而能夠 智能跟蹤頻率變化引起的電壓波動，通過比較當(dāng)前電壓所得到的反饋量與標(biāo)準(zhǔn)電壓所得到 的給定量的差值變化來界定電壓波動幅值，來使得本發(fā)明相對傳統(tǒng)變頻改造更加節(jié)能，不 需要再外接制動電阻消耗能量，從而其能夠根據(jù)實(shí)時監(jiān)測的母線電壓來自適應(yīng)調(diào)整輸出電 壓，從而減少了電量的浪費(fèi)，減少了電費(fèi)開支，提高了利潤率;采用本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法能夠 消除設(shè)備的硬啟硬停時對傳動及運(yùn)動部件的磨損，從而延長設(shè)備的使用壽命，減少大修次 數(shù)，提高設(shè)備使用率。
【具體實(shí)施方式】
[0018] -種基于PID算法的直流母線電壓控制方法，
[0019]采用以下步驟：
[0020] a、設(shè)定PID調(diào)節(jié)的給定量S(k)，S(k)的值設(shè)定為三相輸入標(biāo)準(zhǔn)母線電壓Uref與系 統(tǒng)運(yùn)行時所允許的最大母線電壓Umax的百分比，即Uref/Uma X(人們可以根據(jù)不同的設(shè)備設(shè) 定不同的最大母線電壓Umax的值，使得本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法適應(yīng)范圍更廣）；
[0021] b、設(shè)定PID調(diào)節(jié)的反饋量F(k)，F(xiàn)(k)的值設(shè)定為需要檢測的實(shí)時母線電壓Udc與最 大母線電壓Umax的百分比，即Udc/Umax(由于機(jī)器運(yùn)行過程中會具有較大的電壓波動，所以 實(shí)時跟蹤母線電壓和PID調(diào)節(jié)算法相結(jié)合，從而能夠智能跟蹤頻率變化引起的電壓波動，通 過比較當(dāng)前電壓所得到的反饋量與標(biāo)準(zhǔn)電壓所得到的給定量的差值變化來界定電壓波動 幅值）；
[0022] c、設(shè)定PID調(diào)節(jié)的輸出為Au(k)，本次誤差為值E(k) = 100*[F(k)_S(k)]，前一次 誤差值為 E(k-l) = 100*[F(k-l)-S(k-l)]，前兩次誤差值為 E(k-2) = 100*[F(k-2)-S(k-2)]，采集三次的誤差值來均衡判定反饋量與給定量的差值變化，使得檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確， 也方便輸出更加準(zhǔn)確的結(jié)果；
[0023] d、設(shè)定控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，并設(shè)定比例增益Kp = 2.7,積分時間常數(shù) Ti = 8.00s，微分時間常數(shù)Td = 0.02,采樣周期Ts = 0.0002s(根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)改變得出上述恒 定常數(shù)）；
[0024 ] e、設(shè)定該P(yáng)ID調(diào)節(jié)的控制算法公式為：
[0026]設(shè)定其中的系數(shù)：
[0027] A = Kp X (1+Ts/Ti+Td/Ts)，B = Kp X (1+2 X Td/Ts)，C = Kp X Td/Ts，通過PID調(diào)節(jié)算 法計(jì)算出系統(tǒng)輸出頻率，降低回升電壓，達(dá)到整個周期電流，電壓平衡，保證整個工況正常 運(yùn)行。
[0028]通過采用上述技術(shù)方案，使得本發(fā)明相對傳統(tǒng)變頻改造更加節(jié)能，不需要再外接 制動電阻消耗能量，從而其能夠根據(jù)實(shí)時監(jiān)測的母線電壓來自適應(yīng)調(diào)整輸出電壓，從而減 少了電量的浪費(fèi)，減少了電費(fèi)開支，提高了利潤率;采用本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法能夠消除設(shè)備的 硬啟硬停時對傳動及運(yùn)動部件的磨損，從而延長設(shè)備的使用壽命，減少大修次數(shù)，提高設(shè)備 使用率。
[0029] 需要注意的是，當(dāng)k=l時，即運(yùn)行時第一次檢測數(shù)據(jù)時，E(k)=Fl_Sl=Fl，前一次 和前兩次都沒有運(yùn)行，因此E(k-2)=E(k-l)=0。
[0030] 當(dāng)k = 2時，E(k) = F2-S2 = E2，E(k-l) = F1-S1 = E1，由于前兩次沒有運(yùn)行，所以E (k-2) = 0〇
[OO31 ] 具體計(jì)算示例如下：此處以三相380V輸入為例，得出標(biāo)準(zhǔn)母線電壓：Uref = 380* 1.414 = 537V,
[0032]并以石材快鋸床為例，設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行時的允許最大母線電壓:Umax = 850V，
[0033] 標(biāo)準(zhǔn)母線電壓與最大母線電壓的百分比為：S(k) = Uref/Umax = 537V/850V = 63.2% ；
[0034] 假定第一次PID調(diào)節(jié)時檢測到系統(tǒng)當(dāng)前母線電壓Udc = 600V，此時反饋量F(k) = 600/850 = 70.6%，給定量S(k)=63.2%，本次誤差￡(1〇 = 100*(70.6%-63.2%)=7.4，前 一次誤差E(k_l) =0,前兩次誤差E(k_2) =0;
[0035]比例系數(shù)Kp = 2.70，積分時間常數(shù))Ti = 8.00S，微分時間常數(shù)Td = 0.02S，采樣周 期 Ts = 0.002S;
[0036]首先算出系數(shù)A = KpX (1+Ts/Ti+Td/Ts) = 29.7,系數(shù)B = KpX (l+2XTd/Ts) = 56 ? 7，系數(shù) C=Kp X Td/Ts = 27;
[0037]根據(jù)PID算法公式：Au(k)=AXE(k)+BXE(k-l)+CXE(k_2)，計(jì)算出第一次PID的 調(diào)節(jié)量A u(k) = 29.7*7.4+56.7*0+27*0 = 219.78，經(jīng)系統(tǒng)參數(shù)定標(biāo)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)調(diào)節(jié)的頻率 量。
[0038] 假定第二次PID調(diào)節(jié)時檢測到系統(tǒng)當(dāng)前母線電壓Udc = 650V，此時反饋量F(k) = 650/850 = 76.5%，給定量5(1〇=63.2%，本次誤差￡(1〇 = 100*(76.5%-63.2%) = 13.3，前 一次誤差￡(卜1)=7.4，前兩次誤差￡(1<-2)=0;
[0039]比例系數(shù)Kp = 2.70，積分時間常數(shù))Ti = 8.00S，微分時間常數(shù)Td = 0.02S，采樣周 期 Ts = 0.002S;
[0040]由于系數(shù)A = Kp X (1+Ts/Ti+Td/Ts) = 29 ? 7，系數(shù)B = Kp X (1+2 X Td/Ts) = 56 ? 7，系 數(shù) C=KpXTd/Ts = 27;
[0041 ]根據(jù)PID算法公式：Au(k)=AXE(k)+BXE(k-l)+CXE(k_2)，計(jì)算出第二次PID的 調(diào)節(jié)量A u(k) = 29.7*13.3+56.7*7.4+27*0 = 814.59,經(jīng)系統(tǒng)參數(shù)定標(biāo)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)調(diào)節(jié)的 頻率量。
[0042] 假定第三次PID調(diào)節(jié)時檢測到系統(tǒng)當(dāng)前母線電壓Udc = 700V，此時反饋量F(k) = 700/850 = 82.3%，給定量S(k) =63.2%，本次誤差E(k) = 100*(82.3%-63.2%) = 19.1，前 一次誤差E(k_l) = 13.3，前兩次誤差E(k_2) = 7.4;
[0043] 由于系數(shù)A = KpX (1+Ts/Ti+Td/Ts) = 29? 7，系數(shù)B = KpX (1+2XTd/Ts) =56? 7，系 數(shù) C=KpXTd/Ts = 27;
[0044] 根據(jù)PID算法公式：Au(k)=AXE(k)+BXE(k-l)+CXE(k_2)，計(jì)算出第二次PID的 調(diào)節(jié)量A u(k) = 29.7*29.7+56.7*13.3+27*7.4 = 1321.38，經(jīng)系統(tǒng)參數(shù)定標(biāo)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)調(diào) 節(jié)的頻率量。
[0045]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施 例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也 應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于PID算法的直流母線電壓控制方法，其特征在于:采用W下步驟： 曰、設(shè)定PID調(diào)節(jié)的給定量S化），S(k)的值設(shè)定為S相輸入標(biāo)準(zhǔn)母線電壓化ef與系統(tǒng)運(yùn) 行時所允許的最大母線電壓Umax的百分比，即化ef/Umax; b、設(shè)定PID調(diào)節(jié)的反饋量F化），F(xiàn)化)的值設(shè)定為需要檢測的實(shí)時母線電壓Udc與最大母 線電壓Umax的百分比，即Udc/Umax; C、設(shè)定PID調(diào)節(jié)的輸出為Au化），本次誤差為值E化）= 100*[F(k)-S(k)]，前一次誤差 值為E化-1) = 100*[F化-1 )-S化-1)]，前兩次誤差值為E化-2) = 100*[F化-2)-S化-2)]; d、 設(shè)定控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，并設(shè)定比例增益Kp = 2.7,積分時間常數(shù)Ti = 8. OOs,微分時間常數(shù)Td = 0.0 2,采樣周期Ts = 0.00 02s; e、 設(shè)定該P(yáng)ID調(diào)節(jié)的控制算法公式為：設(shè)定其中的系數(shù)： A = Kp X (1 巧s/Ti巧d/Ts)，B = Kp X (1 巧 X Td/Ts)，C = Kp X Td/Ts。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PID算法的直流母線電壓控制方法，其特征在于：當(dāng)k=l 時，E化）=Fl-Sl =Fl, E化-2) =E化-1)=0。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PID算法的直流母線電壓控制方法，其特征在于：當(dāng)k = 2 時，E(k)=F2-S2 = E2，E(k-l) =Fl-Sl =Fl, E(k-2)=0。
【文檔編號】G06Q50/06GK105913340SQ201610414725
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】葛息杰, 陳正華, 葉旭波
【申請人】申甌通信設(shè)備有限公司