電機軟啟動自整定模糊控制器的研究與設計

目前，軟啟動方式主要采用晶閘管交流調壓的方法。在電動機起動過程中通過控制晶閘管觸發(fā)角的大小，可使電動機的定子端電壓和起動電流根據工作要求設定的規(guī)律進行變化。電動機的起動方式和起動電流均可任意調整和設置，使之處于最佳的起動過程。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在限流軟啟動中的應用，利用模糊推理、模糊決策對電動機啟動過程中電流大小進行控制，實現了系統(tǒng)平穩(wěn)啟動。

2 模糊控制的方案
電機軟啟動傳統(tǒng)的方法是采用閉環(huán)PID控制對電動機進行限流軟起動。但是由于異步電動機啟動過程是非線性時變系統(tǒng)，采用PID閉環(huán)控制并不能很好的解決異步電動機起動過程中電流沖擊問題。所以，本文采用快速調節(jié)能力強的參數自整定模糊控制技術應用于電機軟啟動的控制中。模糊控制作為智能控制的一種方法，它最大的優(yōu)點就是不依賴于被控對象的精確的數學模型，能夠克服系統(tǒng)非線性因素的影響，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(tǒng)的結構
常規(guī)模糊控制器具有響應時間短，超調量小，魯棒性好，適于非線性時變的復雜系統(tǒng)，建立模型相對容易等優(yōu)點。
模糊控制器具有良好的動態(tài)品質，同時也還存在一些問題：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。相對于電動機軟起動過程這類復雜的被控對象，采用這種控制器不能獲得預期的控制效果，而且適應系統(tǒng)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，在運行過程中根據實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、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，由于算法簡單高效，控制效果較好，很適合電動機軟啟動這類對控制的實時性要求較高的系統(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。當量化因子Ke、Kec和比例因子取為常數時，可調整因子K1、K2、K3通過尋優(yōu)的方法，不斷更新K1、K2、K3的值從而完成模糊控制規(guī)則的自調整，使模糊控制系統(tǒng)有最佳的動態(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個等級。在模糊控制區(qū)內將電流偏差分為7個模糊子集，即Ke的語言變量{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大)，簡記為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB)。
為了運算簡便，對于輸入輸出變量采用簡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(guī)則
綜合考慮電流偏差Ke和電流偏差的變化率Kec2羞兩個信號，采用的模糊推理規(guī)則的形式如下：

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