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变频调速问答（十二）文/宜昌市自动化研究所张燕宾

变频器的PID控制(上)

问题1闭环控制要达到什么目的？与储气罐内的实际压力对应的电信号，称为反馈信号，

以空气压缩机的恒压控制系统为例，如图1所示。其基用XF表示。在变频器中，XF也称反馈量或当前值。

本工作过程是：电动机带动空气压缩机旋转，使之产生压缩在恒压控制系统中，要求XF永远无限接近于XT。

空气，并储存于储气罐中。储气罐中空气压力的大小取决于XF≈XT
空气压缩机产生压缩空气的能力(在本系统中，就是取决于电p
XX
反馈量(F)
动机的转速n)和用户用气量之间的平衡状况。p
MXT
目标值(T)
为了保证供气质量，要求储气罐的空气压力稳定在某一SP
个数值上。这个数值，是我们的控制目标，称之为目标压力，
储气罐
用pT表示。
恒压控制对拖动系统的具体要求是：
图2目标信号与反馈信号
当用户的用气量增加，储气罐内的实际压力pX小于目标

压力pT时，要求电动机加速，使储气罐内的压力上升至目标问题3怎样实现被控制的物理量稳定在所希望的数值？
值，如图1a所示。要使拖动系统中的某一个物理量(例如压力)稳定在所希望

反之，当用户的用气量减少，储气罐内的实际压力pX大的数值上，变频器的工作过程具有两个方面：

于目标压力pT时，要求电动机减速，使储气罐内的压力下降一方面，系统将根据给定的目标信号来控制电动机的运
至目标值，如图1b所示。行；另一方面，又必须把反馈信号反馈给变频器，使之与目
这就是闭环控制所要达到的目的。标信号不断地进行比较，并根据比较结果来实时地调整电动
机的转速。
pp
TT
所以，变频器必须至少有两种控制信号：目标信号与反
p＜ppp
T＞T
SPSP馈信号。
储储仍以空气压缩机的恒压控制系统为例，如图3所示。
气气
(1)闭环控制的信号安排
n罐n罐
M↑M↓
目标值
空气空气当前值SP
M压缩机M压缩机
nn
MMU
RSP
(a)压力小于目标值(b)压力大于目标值SU/fV
储
图1闭环控制的目的TW
气
X5V
RPTVRF罐
问题2什么是目标信号？什么是反馈信号？空气
XGND压缩机
FM
图2中，与目标压力对应的电信号，称为目标信号，用VPF

XT表示。在变频器中，XT也称为目标值或给定值。图3闭环控制系统示意图

112|电气时代2006年第2期
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1)目标信号在图3中，目标信号由电位器RP根据需要则：当电动机以某一转速nX运行，其对应的频率和给定

人为地给定，接至变频器的给定输入端VRF。信号分别是fX和XG时，反馈信号与目标信号之差为

2)反馈信号通过传感器SP测得，接至变频器的反馈输ε＝XT－XF＝XG/KP(2)
入端VPF。式中，ε——稳态时的控制误差，也称偏差或静差，即反馈
(2)闭环控制的工作过程信号与目标信号之差。

1)空气压力pX不足→XF＜XT→(XT－XF)＞0由式(2)知，比例增益越大，则ε越小，储气罐内的压力

→变频器的输出频率fX↑→电动机的转速nX↑→空气压越稳定。这就是引入比例增益的目的。

力pX↑，直至pX与目标压力pT相等为止；
RU
2)空气压力p过大→X＞X→(X－X)＜0
XFTTFfU
SU/fV(X1，X1)
→变频器的输出频率f↓→电动机的转速n↓→空气压
XXTW
f
X
力pX↓，直至pX与目标压力pT相等为止。
ΔX＝X/Kf
问题4为什么要加入比例增益？RPGPX1
1＋10VXX－XX
(1)问题的提出TTFG
X2UinK0
TPXX
3GND－G1G
变频器的输出频率f既然取决于目标信号X和反馈信号X
XT4Iin＋F
X
XXXXXF5Iin－
F的差值(T－F)。那么，能否直接把差值(T－F)作为频＝XXK
(T－F)·P

率给定信号XG呢？
XXXX
如上述，闭环控制的目的是使F≈T，或(T－F)≈0。图5引入比例增益

如果XG＝(XT－XF)≈0，则必有变频器的输出频率fX≈0，如
图4所示，空气压缩机将停止运转。显然，这将不可能使储气问题5积分环节和微分环节起什么作用？
罐的压力保持稳定。(1)问题的提出

如上述，比例增益KP越大，则静差ε越小。因此，为了
RU
减小静差，应加大K，如图6a所示。
UffUP
S/V(X1，X1)
KXXX
TW但P太大了，F和T稍有差异，变频器的给定信号G
和输出频率f以及电动机的转速n都会迅速变化。到了(X－
fXXT
RPX
1＋10VXXX)≈0时，由于传动系统和控制电路都有惯性，上述变化不
X＋T－F＝F
XT
T2Uin
3GND－X能立即停止，形成“超调”，即调过了头。于是又反过来变化，
X≈XG？
4Iin＋TF
X0X
F5Iin－