CN109254527B - 一种适用于dc/ac变化的pid参数选取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于DC/AC变化的PID参数选取方法，其特征在于：以DC/AC逆变电路的输出正弦波电压uac为反馈量，以参考正弦波电压uacref为给定目标值，对反馈量和给定目标值的差值进行PID控制，用以产生PWM信号控制DC/AC逆变电路使输出正弦波电压uac跟踪参考正弦波电压uacref；所述PID参数不固定，将PID参数变化趋势根据参考正弦波电压uacref进行非线性拟合，并通过设定PID的最大极限值和最小极限值，对拟合曲线进行限幅。与现有控制技术相比，本发明的PID参数选取方法，可以更合理，更快速，更简洁，更有目的性的选择PID参数，保证了DC/AC时输出波形更能实时跟踪给定正弦波，减少畸变。

Description

一种适用于DC/AC变化的PID参数选取方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域的DC/AC逆变控制技术领域，特别涉及一种适用于DC/AC变化的PID参数选取方法。
背景技术
随着如今生活水平的日益提高，家用电子产品的多样化，对电气的依赖性就越强。因此近些年逆变器和UPS等类型DC/AC产品大幅兴起，主要原因有二：电网的不可靠性，当电网停电时，逆变器和UPS将成为维持日常生活和工作的救命神器；旅游的兴起，户外郊游、山区露营和自驾游等情况下，一款逆变器或UPS等类型DC/AC产品将大幅提高工作效率和生活舒适度。
但是随着现在对电能质量要求的提高，目前所述DC/AC类型的产品越来越难以满足应用需求了。要想提高DC/AC产品的电能质量，一个关键因素是提高核心PID算法可靠性，同时要求改算法具备简单快速以适应市面上大多数低频DC/AC产品控制器的运算需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于DC/AC变化的PID参数选取方法，所述选取方法可以实现更好的跟踪输出波形，减少稳态误差，保持波形完整性，满足DC/AC类型的产品性能需求。
本发明的技术方案为：一种适用于DC/AC变化的PID参数选取方法，其特征在于：以DC/AC逆变电路的输出正弦波电压uac为反馈量，以参考正弦波电压uacref为给定目标值，对反馈量和给定目标值的差值进行PID控制，用以产生PWM信号控制DC/AC逆变电路使输出正弦波电压uac跟踪参考正弦波电压uacref；所述PID参数不固定，将PID参数变化趋势根据参考正弦波电压uacref进行非线性拟合，并通过设定PID的最大极限值和最小极限值，对拟合曲线进行限幅。
进一步地，所述将PID参数变化趋势根据参考正弦波电压uacref进行非线性拟合的具体方法为：
设t时刻参考正弦波电压uacref的给定值为uacref(t)，则：
uacref(t)＝Dsin(t) (1)
其中D为参考正弦波电压uacref的幅值，-D≤uacref(t)≤D；
由式(1)可知：在uacref(t)＝0时，uacref(t)增长斜率最大，变化速度最快；在uacref(t)＝D或uacref(t)＝-D时刻，uacref(t)增长斜率最小，变化速度最慢；由此得PID(x)的曲线变化公式如下：
Figure GDA0003159403780000021
式(2)中A和B分别表示非线性曲线PID(x)的幅值和基值，因此有：
Figure GDA0003159403780000022
综上可得：
Figure GDA0003159403780000023
式(4)即为根据参考正弦波电压uacref进行拟合所得的PID参数非线性拟合曲线。
进一步地，所述PID参数非线性拟合曲线PID(t)的频率为参考正弦波uacref频率的两倍，即：
Figure GDA0003159403780000024
其中fPID表示PID(x)的频率，ω为角频率，facref表示交流给定频率。
进一步地，所述将PID参数变化趋势根据参考正弦波电压uacref进行拟合还可采用一次拟合或多次拟合；所述一次拟合为在PID(x)变化周期的每四分之一周期内分别选取最大值PIDmax和最小值PIDmin进行直线拟合，所述多次拟合指在在PID(x)变化周期的每四分之一周期内分别选取多个点进行直线拟合。
进一步地，所述一次拟合方法为：
Figure GDA0003159403780000025
所述一次拟合方法包括多次拟合方法，一次拟合方法和多次拟合方法均为非线性拟合方法的变种；但与非线性拟合方法相比，一次拟合方法和多次拟合方法的计算量更加小，更加直观。
进一步地，所述PID参数包括P、I、D三个参数，所述PID参数选取方法均适用于P、I、D三个参数的选取。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的适用于DC/AC变化的PID参数选取方法可以更合理，更快速，更简洁，更有目的性的选择PID参数；在保证算法的快速的基础上，在初始化中根据给定正弦波进行拟合曲线，在算法运算过程当中可以不断的查表根据所拟合的曲线取出相应的PID具体参数，加快了算法的运算水平；同时所述拟合曲线方式，可以输出波形动态选取PID参数，更能实时跟踪给定正弦波，保证了DC/AC输出波形的稳定性，不畸变，提高了输出电能的质量，对家用电器的损害更少，产生重大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明方法的系统结构原理图。
图2为本发明方法的参考正弦波电压波形曲线图。
图3为本发明方法的非线性曲线图。
图4为本发明方法的PID的拟合曲线图。
图5为本发明方法的一次拟合曲线图。
图6为本发明方法的多次拟合曲线图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的具体实施方式，本说明书的各项细节也可以基于不同的观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或修改。
本发明的适用于DC/AC变化的PID参数选取方法，适用于直流变换成交流的DC/AC系统，如图1所示，直流电源输出直流电到DC/AC逆变电路，DC/AC逆变电路输出的交流信号uac反馈连接于运算器减法端，参考正弦波电压uacref为给定的目标值连接于运算器加法端，运算器对目标值uacref和输出值uac进行差值比较之后输出到PID控制单元，PID控制单元输出PWM信号控制DC/AC逆变电路，使得输出的uac实时跟踪uacref。
如图2至图4所示，本发明方法的PID参数不固定，将PID参数变化趋势根据参考正弦波uacref进行非线性拟合，并通过设定PID的最大极限值PIDmax和最小极限值PIDmin，对拟合曲线进行限幅，可令：
Figure GDA0003159403780000041
式(1)中PID(x)表示PID的拟合曲线，f(x)表示非线性曲线，A和B分别表示非线性曲线的幅值和基值。令给定的参考正弦波电压uacref：
uacref(t)＝Dsin(t) (2)
式(2)中D为uacref(t)的幅值，由式(2)可知：-D≤uacref(t)≤D。同时可知在uacref(t)＝0时刻，uacref(t)增长斜率最大，变化速度最快，此时需要最大的PID值才能及时跟踪给定值；在uacref(t)＝D或uacref(t)＝-D时刻，此时uacref(t)增长斜率最小，变化速度最慢，此时需要较小的PID值才能及时跟踪给定值；由此可以推导f(x)的曲线变化公式为：
Figure GDA0003159403780000042
将式(3)代入式(1)，得：
Figure GDA0003159403780000043
得到PID(x)的拟合曲线PID(x)。
所述PID(x)频率为给定的参考正弦波uacref的两倍，即：
fPID＝2facref
其中fPID表示PID(x)的频率，facref表示交流给定频率。
为了使拟合曲线表示的更加直观，可以将上述曲线PID(x)简化成多段直线拟合方式，即对所述PID(x)的拟合曲线进行一次拟合或多次拟合。所述一次拟合就是在PID(x)变化周期的每四分之一周期内分别选取PID的最大极限值PIDmax和最小极限值PIDmin进行直线拟合，拟合方法如下：
Figure GDA0003159403780000044
一次拟合的波形如图5所示。
多次拟合即为在在PID(x)变化周期的每四分之一周期内分别选取多个点，以相邻两个点分别作为PID的最大极限值PIDmax和最小极限值PIDmin分别进行直线拟合，拟合方法同理一次拟合方法。如图6所示为本发明多次拟合的PID(x)曲线。
所述PID参数包括P、I、D三个参数，上述PID参数选取方法均适用于P、I、D三个参数的选取。
本发明所述的PID参数的选取方法，PID参数不固定，可以根据给定目标值进行动态改变；对所述PID参数进行最大限定和最小值限定，在所述PID的限定值范围内，将所述给定的正弦波拟合成所述PID参数曲线，预先存储参数表，在进行直流电转换成正弦交流控制时，对所需PID参数进行快速查表即得。与现有控制技术相比，本发明的PID参数选取方法，可以更合理，更快速，更简洁，更有目的性的选择PID参数，保证了DC/AC时输出波形更能实时跟踪给定正弦波，减少畸变。

Claims (5)

1.一种适用于DC/AC变化的PID参数选取方法，其特征在于：以DC/AC逆变电路的输出正弦波电压uac为反馈量，以参考正弦波电压uacref为给定目标值，对反馈量和给定目标值的差值进行PID控制，用以产生PWM信号控制DC/AC逆变电路使输出正弦波电压uac跟踪参考正弦波电压uacref；所述PID参数不固定，将PID参数变化趋势根据参考正弦波电压uacref进行非线性拟合，并通过设定PID的最大极限值和最小极限值，对拟合曲线进行限幅；
所述将PID参数变化趋势根据参考正弦波电压uacref进行非线性拟合的具体方法为：
设t时刻参考正弦波电压uacref的给定值为uacref(t)，则：
uacref(t)＝Dsin(t) (1)
其中D为参考正弦波电压uacref的幅值，-D≤uacref(t)≤D；
由式(1)可知：在uacref(t)＝0时，uacref(t)增长斜率最大，变化速度最快；在uacref(t)＝D或uacref(t)＝-D时刻，uacref(t)增长斜率最小，变化速度最慢；由此得PID(t)的曲线变化公式如下：
Figure FDA0003159403770000011
式(2)中A和B分别表示非线性曲线PID(t)的幅值和基值，因此有：
Figure FDA0003159403770000012
其中PIDmax、PIDmin分别表示PID参数的最大极限值和最小极限值，综上可得：
Figure FDA0003159403770000013
式(4)即为根据参考正弦波电压uacref进行拟合所得的PID参数非线性拟合曲线。
2.根据权利要求1所述的适用于DC/AC变化的PID参数选取方法，其特征在于：所述PID参数非线性拟合曲线PID(t)的频率为参考正弦波uacref频率的两倍，即：
Figure FDA0003159403770000014
其中fPID表示PID(t)的频率，ω为角频率，facref表示交流给定频率。
3.根据权利要求1所述的适用于DC/AC变化的PID参数选取方法，其特征在于：所述将PID参数变化趋势根据参考正弦波电压uacref进行一次拟合；所述一次拟合为在PID(t)变化周期的每四分之一周期内分别选取最大极限值PIDmax和最小极限值PIDmin进行直线拟合。
4.根据权利要求3所述的适用于DC/AC变化的PID参数选取方法，其特征在于：所述一次拟合方法为：
Figure FDA0003159403770000021
5.根据权利要求1～4任一所述的适用于DC/AC变化的PID参数选取方法，其特征在于：所述PID参数包括P、I、D三个参数，所述PID参数选取方法均适用于P、I、D三个参数的选取。
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