電機(jī)軟啟動(dòng)自整定模糊控制器的研究與設(shè)計(jì)

目前，軟啟動(dòng)方式主要采用晶閘管交流調(diào)壓的方法。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中通過(guò)控制晶閘管觸發(fā)角的大小，可使電動(dòng)機(jī)的定子端電壓和起動(dòng)電流根據(jù)工作要求設(shè)定的規(guī)律進(jìn)行變化。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式和起動(dòng)電流均可任意調(diào)整和設(shè)置，使之處于最佳的起動(dòng)過(guò)程。常用的晶閘管調(diào)壓控制電路如圖2所示。
本文介紹參數(shù)自整定模糊控制技術(shù)在限流軟啟動(dòng)中的應(yīng)用，利用模糊推理、模糊決策對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中電流大小進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)平穩(wěn)啟動(dòng)。

2 模糊控制的方案
電機(jī)軟啟動(dòng)傳統(tǒng)的方法是采用閉環(huán)PID控制對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行限流軟起動(dòng)。但是由于異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程是非線性時(shí)變系統(tǒng)，采用PID閉環(huán)控制并不能很好的解決異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中電流沖擊問(wèn)題。所以，本文采用快速調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的參數(shù)自整定模糊控制技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)軟啟動(dòng)的控制中。模糊控制作為智能控制的一種方法，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是不依賴于被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型，能夠克服系統(tǒng)非線性因素的影響，對(duì)被控對(duì)象參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的魯棒性。

3 基于自整定模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
常規(guī)模糊控制器具有響應(yīng)時(shí)間短，超調(diào)量小，魯棒性好，適于非線性時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)，建立模型相對(duì)容易等優(yōu)點(diǎn)。
模糊控制器具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，同時(shí)也還存在一些問(wèn)題：首先，常規(guī)的模糊控制器的控制規(guī)則建立之后就固定不變，難以獲得最優(yōu)控制指標(biāo)。相對(duì)于電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)過(guò)程這類復(fù)雜的被控對(duì)象，采用這種控制器不能獲得預(yù)期的控制效果，而且適應(yīng)系統(tǒng)和環(huán)境變化的能力差。
為此我們采用參數(shù)自整定模糊控制技術(shù)，在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)實(shí)際偏差和偏差變化率的大小，控制器選取不同的Ka、Kb、Kc以滿足動(dòng)、靜態(tài)性能的不同要求。而且，基于量化、比例因子自調(diào)整方法，由于算法簡(jiǎn)單高效，控制效果較好，很適合電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)這類對(duì)控制的實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)。
如圖3所示，考慮系統(tǒng)控制情況，選電流偏差e、偏差變化率ec為輸入變量、晶閘管觸發(fā)角的變化值a為輸出量。當(dāng)量化因子Ke、Kec和比例因子取為常數(shù)時(shí)，可調(diào)整因子K1、K2、K3通過(guò)尋優(yōu)的方法，不斷更新K1、K2、K3的值從而完成模糊控制規(guī)則的自調(diào)整，使模糊控制系統(tǒng)有最佳的動(dòng)態(tài)性能。

4 模糊控制參數(shù)的選擇
4．1 模糊隸屬函數(shù)
本模糊控制器采用二維模糊控制，主模糊控制單元和模糊參數(shù)尋優(yōu)控制單元都以異步電動(dòng)機(jī)的輸出電流與期望值的偏差e及偏差變化率ec作為輸入變量，其中主模糊控制單元輸出變量為晶閘管觸發(fā)角a的變化值。模糊參數(shù)尋優(yōu)控制單元的輸出可調(diào)整因子K1、K2、K3分別表示量化因子Ke、Kec以及比例因子Ka的調(diào)整系數(shù)值。
e、ec以及模擬控制器的輸出a的論域取{-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4)，將其大小量化為9個(gè)等級(jí)。在模糊控制區(qū)內(nèi)將電流偏差分為7個(gè)模糊子集，即Ke的語(yǔ)言變量{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大)，簡(jiǎn)記為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB)。
為了運(yùn)算簡(jiǎn)便，對(duì)于輸入輸出變量采用簡(jiǎn)單的三角形隸屬度函數(shù)。隸屬度函數(shù)賦值表如下表所示：

4．2 模糊控制規(guī)則
綜合考慮電流偏差Ke和電流偏差的變化率Kec2羞兩個(gè)信號(hào)，采用的模糊推理規(guī)則的形式如下：

Ke和Kec都有個(gè)模糊子集，所以共有49條模糊規(guī)則。該推理規(guī)則用模糊關(guān)系表示為