基于自调整模糊控制方法的交流变频调速实验系统0物位仪表

基于自调整模糊控制方法的交流变频调速实验系统

基于自调整模糊控制方法的交流变频调速实验系统 2011年12月09日 来源： 1引言 近年来，随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术的发展，交流传动系统逐步取代直流传动系统已成为现代电气传动必然的发展趋势和主要特征。传统的交流传动系统大都采用PID控制器，它具有结构简单、稳定性较好、可靠性较高等特点，但有时不能有效克服负载、模型参数的大范围变化及其非线性因素的影响，因而在一些高性能、高精度的场合难以满足使用要求［1］。 模糊控制是基于规则的一种智能控制方式，它不依赖于被控对象的精确数学模型，特别适宜对具有多输入—多输出的强耦合性、参数的时变性和严重的非线性与不确定性的复杂系统或过程的控制，且控制方法简单，鲁棒性好［2，3］。但由于常规模糊控制器的控制规则一旦确定则无法改变，且存在稳态误差，对于控制性能要求较高的交流传动系统，常规模糊控制器亦无法胜任。为此，本文提出了一种自调整模糊控制方法，并在自行设计的交流变频调速实验系统上进行了大量实验，结果表明，对比常规模糊控制和PID控制，该方法具有良好的控制性能。2自调整模糊控制方法2.1自调整模糊控制系统结构 在模糊控制系统中，对控制性能影响较大的参数主要有模糊控制规则，量化、比例因子，隶属函数形状及其分布等，各种自调整方法大多围绕对这些参数的调整和优化展开。考虑系统设计复杂程度，以及各参数间的相互影响，一般只选取以上参数中的一个或几个进行调整。 模糊控制器的核心是“If…Then…”形式的模糊控制规则，规则的选取直接关系到系统控制性能的优劣。对二维模糊控制器而言，模糊控制规则可采用如： 的解析式表述，其中规则调整因子α的大小反映了系统误差E和误差变化EC对控制量输出U影响的加权程度，调整α值即相当于调整了模糊控制规则。 调整比例因子Ku，即调整控制器的输出增益，这对系统控制性能具有显著影响，特别是在系统初始运行阶段，当控制器各参数尚未完全确定，模糊控制规则还不完备的情况下［4］。 因此，将规则因子和比例因子结合起来调整就有望获得更好的控制效果。本文提出的自调整模糊控制方法，根据系统控制性能指标粗调比例因子Ku，基于误差E和误差变化EC细调规则因子α。该自调整模糊控制系统结构如图2—1所示。 　2.2比例因子Ku的自调整 本文中，根据预先确定好的实际经验规则和实时抽取的系统响应特征量来调整比例因子。这是一种基于效果的参数调整方法［5］，对交流传动系统而言，特别是进行速度控制时，较为重要的性能指标是系统响应是否迅速及是否有超调。因此，选取系统响应上升时间和超调量作为特征量。 该调整过程由一个模糊控制器来实现，输入为系统响应上升时间T和超调量Y，输出为比例因子调整量ΔKu。各模糊变量隶属函数如图2—2所示。 根据实际控制经验规则及反复实验修改后，得到比例因子调整量ΔKu的模糊控制规则表：　调整比例因子 对比例因子Ku的调整是每个控制轮次计算一次，根据系统响应上升时间T和超调量Y，经模糊控制规则表得到调整量ΔKu，再由下式对Ku进行修正： 式中β为数量级因子，如该值过大，难以调整到理想的控制效果；该值过小，则调整次数相应增加，应根据实际系统调整为一个适当的数值。2.3模糊规则因子α的自调整 一般采用的规则因子α自调整方法如下：

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