《模糊自适应pid控制的异步电动机软起动器的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模糊自适应pid控制的异步电动机软起动器的研究（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、模糊自适应PID控制的异步电动机软起动器的研究陈忠华 刘勋 郭凤仪(辽宁工程技术大学电气与控制工程学院 辽宁葫芦岛)摘 要：针对异步电动机直接起动过程中存在的问题，研究了一种基于模糊自适应PID控制的异步电动机转矩斜坡起动方式。通过异步电动机恒转矩负载机械特性的分析，推导出了转矩斜坡起动方式的数学模型。利用Matlab软件中的电气系统模块库和模糊逻辑工具箱,建立了基于模糊自适应PID控制的异步电机软起动系统的仿真模型，并进行了仿真。仿真结果表明恒转矩负载下模糊自适应PID控制的转矩斜坡软起动方式正确有效，可以有效地减小起动过程中对电网的冲击，降低了对拖动系统的不利影响，同时起动过程平稳。关键词
2、:异步电动机；软起动；模糊自适应PID；转矩斜坡；仿真Research of Soft-staring for Asynchronous Motor with Self-adaptive Fuzzy PID ControlCHEN Zhong-hua, LIU Xun，GUO Feng-yi(College of Electrical and Control Engineering of Liaoning Technical University, Huludao , China)Abstract: Considering the existing problems as asynchrono
3、us motor start up directly, this paper studys a torque slope start-up mode for asynchronous motor based on Self-adaptive fuzzy PID control. Through analysis of mechanical characteristics of asynchronous motor with constant torque, the paper establishes mathematic model of torque slope start-up mode
4、for asynchronous motor based on Self-adaptive fuzzy PID control. In this paper, with the use of the power system blackest and the fuzzy logic toolbox in Matlab, the simulation model is built and simulink. The simulation results show that the soft-staring mode is correct and effective, reduces the sh
5、ock to the electrical network and the adverse effects on the drag system and make asynchronous motor start up very smoothly.Keyword: asynchronous motor; soft-starting; self-adaptive fuzzy PID; torque slope; simulation推进学校内涵建设深化年各项工作和“三乐两校”主题教育活动的开展，进一步繁荣校园文化，搭建具有时代特征大学生特点的文化艺术活动平台，促进学院间师生的友谊0 引言异步电动
6、机直接起动电流是额定电流的5-7 倍1-3，起动瞬间起动转矩造成的机械冲击会影响电机本身及其拖动设备的使用寿命，过大的起动电流加速了电动机绝缘老化，同时较大的起动电流会引起较大的电网线路压降，影响电网的供电和其他设备运行。因此异步电动机的软起动方式及控制一直是个非常重要的研究课题。目前软起动器常用的起动方式主要有限流起动和斜坡电压起动。这二种起动方式虽然能顺利地起动负载，但都不能很好地减少起动给电动机和拖动系统带来的冲击和影响。转矩斜坡起动方式可以改善电动机的起动过程，提高起动性能。由于异步电动机起动过程复杂，参数整定较困难，部分参数会随工作点的变化而变化，因此应该增加一定的智能控制手段，以消
7、除参数变化和扰动的影响。采用模糊自适应PID4-5控制方法，在控制过程中对不确定的条件、参数、延迟和干扰等因素进行实时检测，然后应用模糊推理的方法对PID的三个参数Kp、Ki和Kd实行在线自整定，可使控制*基金项目:辽宁省教育厅科研项目()*作者简介:陈忠华(1965-)，男，副教授，Email:系统始终运行在最佳的工作状态。模糊自适应PID控制系统不仅保持了常规PID控制系统原理简单、使用方便、鲁棒性较强等优点，而且具有更大的灵活性、适应性，控制精度更好 。1 转矩斜坡起动方式的基本原理 图1主电路原理图Fig. 1 Main circuit schematic软起动器的主电路如图1所示。通
8、过控制晶闸管的触发角来调节电动机的电压，再加上转矩闭环控制以达到控制电动机的电磁转矩按照设定的曲线线性上升，实现电动机的转矩斜坡起动。图2为单相晶闸管电路的电压波形，其中角为触发角，角为续流角，为晶闸管导通角，为电机相电压。由图2可知： （1）（2）图2 单相晶闸管的电压波形Fig.2 Voltage waveforms of Single-phase thyristor转矩斜坡起动控制曲线如图3所示。转矩斜坡起动是使电动机的起动转矩由小到大线性上升。 图3 转矩斜坡起动Fig.3 Torque slope start-up 由电机学知道，三相异步电动机机械特性方程为： （3） 电机运动方程为
9、： (4)其中、分别为电机电磁转矩、负载转矩和转动惯量。转子角转速为： （5）其中为角速度，为频率，为转差率。由图3可知电磁转矩近似为时间t的一次函数，故可设： (6)其中为电磁转矩上升的斜率，为初始转矩。对于恒转矩负载来讲，为常量， (6)式代入(4)式可得： （7） 对等式（7）两边同时积分并且当t0时，通过整理可得： （8） 其中为常系数。把(8)式代入(5)式中可得： （9）由式（3)和(6)及(9)可以推出： (10)由（2）式得：(11) 通过控制角，改变角的大小就可以调节电动机的输入电压，控制使其线性上升。2 转矩斜坡起动控制策略转矩斜坡起动时，控制电动机起动时的电磁转矩按设置的
10、线性规律上升，并在转矩闭环中应用模糊自适应PID进行调节，实现PID参数Kp、Ki和Kd的在线自整定，实现电动机能够平滑起动，有效地克服起动过程中的振荡现象。图4为转矩闭环控制方框图， 为按时间给定的电磁转矩，为根据检测到的晶闸管输出电压所计算出的实际转矩, 为模糊自适应PID调节后得出的控制转矩, 和分别为控制转矩计算出的电压和触发角。 4转矩闭环控制方框图Fig.4 Diagram of torque closed-loop control3 模糊自适应PID控制器的设计3.1模糊自适应PID控制器结构设计图5模糊自适应PID控制器结构方框图Fig.5 Diagram of structu
11、re of self-adaptive fuzzy PID control system模糊自适应PID控制器4-5结构方框图如图5所示。以常规PID控制为基础，系统首先计算被控量的误差e和误差变化率ec作为二维模糊控制器的输入变量，然后通过模糊化、模糊控制规则推理、解模糊得到Kp，Ki和Kd的修正量，在控制过程中在线实时整定常规PID各参数。 3.2输入输出变量的确立在转矩闭环控制系统中，将计算出的实际转矩和给定转矩的误差e和误差变化率ec作为模糊控制器的输入变量，PID控制器的3个参数Kp、Ki和Kd的修正量、和作为输出变量。误差e基本论域取-60，+60，其偏差变化率ec的基本论域取-3
12、0，+30，输出变量、和的基本论域分别取为-3 +3，-6，+6，-0.6，+0.6，E、EC、分别是输入变量e、ec、输出变量、和所对应的模糊语言变量。设定模糊语言变量E、EC、相对应的模糊论域均为-3，+3，则相应的量化因子为0.05，0.1，比例因子为1，2，0.2。模糊语言变量E、EC、都分别取七个模糊子集，其中NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。模糊语言变量E、EC、的隶属函数如图6所示。图6 E、EC、的隶属函数曲线Fig.6 Membership function curve of E、EC、and 3.3模糊控制器的规则设计模
13、糊控制规则设计的核心是总结工程设计人员的技术知识和实际操作经验,建立合适的模糊规则表。表1给出了针对、三个参数的模糊控制规则表。表1模糊自适应PID控制规则Table.1 Self-adaptive fuzzy PID control rule(a) 的模糊控制规则EC ENBNMNSZOPSPMPBNBNMNSZOPSPMPBPBPBPMPMPSPSZOPBPBPMPMPSZOZOPMPMPSPSZONSNMPMPSPSZONSNSNMPSPSZONSNSNMNMZOZONSNMNMNMNBZONSNSNMNMNBNB(b) 的模糊控制规则EC ENBNMNSZOPSPMPBNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMZOZONBNBNMNMNSZOZONMNMNSNSZOPSPSNMNSNSZOPSPSPMNSNSZOPSPSPMPMZOZOPSPMPMPBPBZOZOPSPMPBPBPB(c) 的模糊控制规则EC ENBNMNSZOPSPMPBNBNMNSZOPSPMPBPSPSZOZOZOPBPBNSNSNSNSZONSPMNBNBNMNSZOPSPMNBNMNMNSZOPSPMNBNMNSNSZOPSPSNMNSNSNSZOPSPSPSZO
