電機軟啟動(dòng)自整定模糊控制器的研究與設計

目前，軟啟動(dòng)方式主要采用晶閘管交流調壓的方法。在電動(dòng)機起動(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)機的定子端電壓和起動(dòng)電流根據工作要求設定的規律進(jìn)行變化。電動(dòng)機的起動(dòng)方式和起動(dòng)電流均可任意調整和設置，使之處于最佳的起動(dòng)過(guò)程。常用的晶閘管調壓控制電路如圖2所示。
本文介紹參數自整定模糊控制技術(shù)在限流軟啟動(dòng)中的應用，利用模糊推理、模糊決策對電動(dòng)機啟動(dòng)過(guò)程中電流大小進(jìn)行控制，實(shí)現了系統平穩啟動(dòng)。

2 模糊控制的方案
電機軟啟動(dòng)傳統的方法是采用閉環(huán)PID控制對電動(dòng)機進(jìn)行限流軟起動(dòng)。但是由于異步電動(dòng)機啟動(dòng)過(guò)程是非線(xiàn)性時(shí)變系統，采用PID閉環(huán)控制并不能很好的解決異步電動(dòng)機起動(dòng)過(guò)程中電流沖擊問(wèn)題。所以，本文采用快速調節能力強的參數自整定模糊控制技術(shù)應用于電機軟啟動(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(lài)于被控對象的精確的數學(xué)模型，能夠克服系統非線(xiàn)性因素的影響，對被控對象參數的變化具有較強的魯棒性。

3 基于自整定模糊控制系統的結構
常規模糊控制器具有響應時(shí)間短，超調量小，魯棒性好，適于非線(xiàn)性時(shí)變的復雜系統，建立模型相對容易等優(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，常規的模糊控制器的控制規則建立之后就固定不變，難以獲得最優(yōu)控制指標。相對于電動(dòng)機軟起動(dòng)過(guò)程這類(lèi)復雜的被控對象，采用這種控制器不能獲得預期的控制效果，而且適應系統和環(huán)境變化的能力差。
為此我們采用參數自整定模糊控制技術(shù)，在運行過(guò)程中根據實(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(mǎn)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)機軟啟動(dòng)這類(lèi)對控制的實(shí)時(shí)性要求較高的系統。
如圖3所示，考慮系統控制情況，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。當量化因子Ke、Kec和比例因子取為常數時(shí)，可調整因子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則的自調整，使模糊控制系統有最佳的動(dòng)態(tài)性能。

4 模糊控制參數的選擇
4．1 模糊隸屬函數
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尋優(yōu)控制單元都以異步電動(dòng)機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。模糊參數尋優(yōu)控制單元的輸出可調整因子K1、K2、K3分別表示量化因子Ke、Kec以及比例因子Ka的調整系數值。
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。在模糊控制區內將電流偏差分為7個(gè)模糊子集，即Ke的語(yǔ)言變量{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大)，簡(jiǎn)記為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB)。
為了運算簡(jiǎn)便，對于輸入輸出變量采用簡(jiǎn)單的三角形隸屬度函數。隸屬度函數賦值表如下表所示：

4．2 模糊控制規則
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，采用的模糊推理規則的形式如下：

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