PI调节器如何实现对系统输出的精确调节

PI调节器，即比例-积分调节器，是工业控制系统中广泛应用的一种反馈控制器。它通过结合比例(P)和积分(I)两种控制作用，实现对系统输出的精确调节。PI调节器以其结构简单、易于实现和调试、响应速度快、控制精度高等优点，在化工、石油、冶金、电力、建筑、农业等多个领域发挥着重要作用。对于电机控制，PI调节器是其重要的环节之一。PI调节器的种类和对应的PI参数整定的方法是学习电机控制的必要内容。本期文章主要介绍串联型PI和并联型PI，并对PI参数的整定做一个简单的介绍。

一、PI调节器的种类

图1-1 并联型PI调节器

图1-2 串联型PI调节器

现在大多数的参考文献中的PI调节器都属于并联型PI调节器，而TI在InstaSPIN-FOC里推崇使用串联型PI调节器。这两种PI调节器并没有什么特别的不同，就看个人习惯选择哪一种。

二、PI调节器的参数整定(以电流内环PI为例)

两种PI调节器的参数整定方法的思路都是基于零极点对消的原理，差别就是在整定的过程中有些差别，接下来分别介绍两种PI调节器的参数整定。

2.1 并联型PI调节器

图2-1 PI电流环控制结构框图

2.2 串联型PI调节器

三、仿真验证

仿真工况：仿真时间1秒，0.5秒之前空载，0.5秒之后满载;0.7秒之前正转，0.7秒之后反转;采样频率5KHz。

图3-1 仿真波形变化情况(并联型PI调节器，±150r/min)

图3-2 仿真波形变化情况(串联型PI调节器，±150r/min)

图3-3 仿真波形变化情况(并联型PI调节器，±1500r/min)

图3-4 仿真波形变化情况(串联型PI调节器，±1500r/min)

从图3-1到3-4比较可知，与并联型PI调节器相比，串联型PI调节器的超调量很小(速度环)，且动态过程时间短，稳态过程的纹波也相对较小。综合可知，代入串联型PI调节器的控制系统的控制性能更好。

四、总结

之前都是习惯采用并联型PI调节器进行PI参数整定带入到控制系统中，低速区域的实际转速的超调量比较大。就个人比较而言，串联型的PI调节器更好用一些。后面再加入磁链环，形成双闭环，效果相对而言也更好一些。

‌PI调节器(比例-积分调节器)的优点包括‌：

‌结构简单、易于实现和调试‌：PI调节器由比例和积分两部分组成，结构简单，易于实现和调试‌1。

‌响应速度快‌：比例部分能够迅速响应系统偏差，减少误差‌2。

‌控制精度高‌：通过积分部分消除稳态误差，实现无误差控制‌2。

‌适用面广‌：适用于各种工业控制系统，如化工、石油、冶金、电力、建筑、农业等领域‌1。

‌PI调节器的缺点包括‌：

‌相角滞后‌：积分部分会引入相角滞后，减少系统相角裕度，可能导致系统不稳定或超调‌23。

‌参数整定困难‌：比例系数和积分时间常数的选择对系统性能有较大影响，需要仔细调整以达到最佳控制效果‌2。

‌对噪声敏感‌：积分部分对噪声敏感，可能会放大噪声干扰，影响系统稳定性‌4。