变压变频开环调速系统设计-交流调速系统 第4页
式中 =e（k）-e（k-1）
式（2-3）称为增量式PID控制算法。图2.2给出了增量式PID控制系统示意图。
异步调速电动机
T
图2.2增量式PID控制系统示意图
可将式（2-3）进一步改写为
=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2） （2-4）
式中A= （1+ + ）
B= （1+2 ）
C= /T
它们都是与采样周期、比例系数、积分时间常数、微分时间常数有关的系数。
采用增量式算法时，计算机输出的控制增量△U（k）对应的是本次执行机构位置的增量（电压调节器为电压，电流调节器为电流）。
增量式PID控制算法有以下优点：
（1） 由于计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉。
（2） 手动/自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换。此外，当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故能仍然保持原值。
（3） 算式中不需要累加。控制增量△U（k）的确定仅与最近k次的采样值有关，所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。
增量式PID控制算法程序框图如图2.3所示： Y
图2.3增量式PID控制算法程序框图
2.3其他有关部分的设计
1.电流源型变频器主电路
电流源变频器主电路的中间直流环节采用电抗器滤波，其主电路由两个功率变换环节构成，即三相桥式整流器和逆变器，它们分别有相应的控制回路，即电压控制回路及频率控制回路，分别进行调压与调频控制。
2.给定积分
设置目的：将阶跃给定信号转变为斜坡信号，以消除阶跃给定对系统产生的过大冲击，使系统中的电压、电流、频率和电机转速都能稳步上升和下降，以提高系统的可靠性及满足一些生产机械的工艺要求。
3.函数发生器
设置目的：在变压变频调速系统中Us=f ，即定子电压是定子频率的函数，函数发生器就是根据给定积分器输出的频率信号，产生一个对应于定子电压的给定值，实现Us/ =C。
4.电压调节器和电流调节器
电压调节器采用PID调节器，其输出作为电流调节器的给定值。
电流调节器也是采用PID调节器，根据电压调节器输出的电流给定值与实际电流信号值的偏差，实时调整触发角，使实际电流跟随给定电流。
5.瞬态校正环节
瞬态校正环节是一个微分环节，具有超前校正作用。设置的目的是为了在瞬态调节过程中仍使系统基本保持Us/ =C的关系。
当电源电压波动而引起逆变器输出电压变化时，电压闭环控制系统按电压给定值自动调节逆变器的输出电压。但是在电压调节过程中，逆变器输出频率并没有发生交替的情况，使得电机输出转矩大幅度波动，从而造成电动机转速波动。为了避免上述情况的发生，加入了瞬态校正环节。
瞬态校正环节的输入信号取自电流调节器的输出信号。当电流调节器输出发生改变时，整流桥触发角将改变，而逆变桥输出的三相交流电压Us的大小又直接与整流电压的大小成正比，因此，电流调节器输出的改变量正比于逆变桥输出电压的改变量，将这个信号取来，经微分运算后与频率给定信号 相叠加（ *= +K*）。，从而使输出电压Us瞬时改变时，频率 也相应的改变，实现在瞬态过程中也能保证恒压频比的控制方式。当一旦系统进入稳态后，微分校正环节不起作用。
6. 外接电位器
变频器内部的控制电压，由外接电位器取出电压给定。由于变频器的外接电压给定信号为—10V—+10V，故变频器可根据给定的电压信号的极性来决定电动机的旋转方向。电位器的阻值不宜过大或过小。若过小，因为阻值太小了，将增加变频器内部控制电源的电流，有可能造成过流而导致变频器的烧毁。若阻值太大，电位器取用的电流太小，在控制距离较远时，会使抗干扰能力变差。此外，也有一个和变频器内部电路的匹配问题，故电位器的阻值一般以不大于10K为宜，本设计中选取的电位器阻值为6K。另外，由于外接电位器在工作过程中调节比较频繁，必须考虑其内部触点的耐磨性，故放电器的瓦数宜大不宜小。一般应按实际消耗功率的10倍以上来选择，本设计中电位器消耗的功率为P=U*U/R=10*10/6000W=1/60W，应选用电位器的标称功率为1/6W以上的。
7.驱动电路
用于驱动各逆变管。如逆变管为GTR，则驱动电路还包括以隔离变压器为主体的专用驱动电源，但现在大多数中、小容量变频器的逆变管都采用IGBT管，逆变管的控制极和集电极、发射极之间是隔离的，不再需要隔离变压器，故驱动电路常常和主控制电路在一起。
8.绝对值器
设置目的：无论给定积分的输出的斜坡信号为正还是为负，都把它变为正的斜坡信号，以此频率信号作为对应于定子电压的给定值，实现Us/ =C。
9.触发器
设置目的：当电流调节器输出发生改变时，使整流桥触发角α发生改变，从而使整流电压改变。
10.SPWM
SPWM是占空比按正弦规律安排的正弦波脉宽调制方式。其工作特点是：逆变桥在工作时，同一桥臂的两个逆变器件总是按相电压脉冲系列的规律交替地导通和关断，毫不停息。而流过负载的是按线电压规律变化的交变电流。
11.电压反馈和电流反馈
电压反馈是利用传感器，将SGCT逆变桥的输出的实际电压反馈回去，与函数发生器产生的定子电压 作比较。
电流反馈是利用传感器，当触发器调整触发角后，将得到的实际电流反馈回去，与电压调节器输出的电流给定值进行比较。
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