戴璐平 (武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院，湖北 武漢 430073)

異步電機(jī)軟啟動(dòng)的模糊控制研究

戴璐平 (武漢工程大學(xué)電氣信息學(xué)院，湖北 武漢 430073)

異步電機(jī)作為重要的動(dòng)力裝置被廣泛應(yīng)用。分析了異步電機(jī)啟動(dòng)特性,介紹了基于模糊控制的電機(jī)軟啟動(dòng)電流控制原理，并利用Matlab仿真軟件進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，對(duì)異步電機(jī)軟啟動(dòng)模糊控制后，能夠有效地起到減小啟動(dòng)電流、抑制沖擊轉(zhuǎn)矩的作用。

異步電機(jī)；模糊控制；軟啟動(dòng)；啟動(dòng)電流

異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用和運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器一般以大功率雙向晶閘管構(gòu)成交流調(diào)壓電路,通過(guò)控制晶閘管的觸發(fā)角來(lái)調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓。然而，基于晶閘管調(diào)壓的軟啟動(dòng)器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電機(jī)輕載軟啟動(dòng)過(guò)程中，常常出現(xiàn)電流、電磁轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速的振蕩，最終對(duì)負(fù)載產(chǎn)生沖擊，從而對(duì)設(shè)備造成損壞[1]。針對(duì)上述情況，筆者利用模糊推理和模糊決策對(duì)異步電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的電流大小進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)平穩(wěn)啟動(dòng)，從而有效解決電流振蕩問(wèn)題。

1 異步電機(jī)軟啟動(dòng)模糊控制策略

1.1模糊控制原理

圖1 異步電機(jī)軟啟動(dòng)模糊控制原理圖

模糊控制作為一種語(yǔ)言控制器，主要模仿人的控制經(jīng)驗(yàn)，其特性是對(duì)過(guò)程參數(shù)變化不太敏感，能克服非線性、時(shí)變和純滯后因素的影響，具有很強(qiáng)的魯棒性[2-3]。異步電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程是非線性時(shí)變系統(tǒng)，模糊控制作為智能控制的一種，適用于異步電機(jī)的軟啟動(dòng)過(guò)程。異步電機(jī)軟啟動(dòng)模糊控制原理圖如圖1所示。

圖2 模糊控制器構(gòu)成圖

由于異步電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中反饋電流與晶閘管觸發(fā)角之間沒(méi)有精確的數(shù)學(xué)模型，采用的模糊控制方法選取起動(dòng)電流偏差e和偏差變化率Δe作為模糊控制器的輸入量，e和Δe均為精確的輸入值，晶閘管觸發(fā)角的變化值μ(x)作為輸出量?？刂七^(guò)程中由模糊控制器對(duì)輸入量模糊化、模糊推理后得到輸出控制量，從而控制三相異步電動(dòng)機(jī)晶閘管的觸發(fā)角，最終改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的輸入電壓以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)[4-5](見(jiàn)圖2)。

1.2限流模糊控制

圖3 電流偏差三角型隸屬函數(shù)圖

從理論上講，模糊控制量劃分的狀態(tài)維數(shù)越高，控制越精細(xì)。但是維數(shù)越高，控制規(guī)則將變得越復(fù)雜，控制算法的實(shí)現(xiàn)也變的十分困難[6-7]。但如果將模糊控制量的狀態(tài)維數(shù)劃分太小，則在調(diào)節(jié)過(guò)程中容

易出現(xiàn)振蕩和調(diào)節(jié)“死區(qū)”。為了避免電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流產(chǎn)生較大波動(dòng)，同時(shí)考慮到實(shí)際應(yīng)用中異步電機(jī)調(diào)節(jié)所能達(dá)到的靈敏度，e、Δe和μ(x)均采用三角型隸屬度函數(shù)，為其選取7個(gè)語(yǔ)言集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}表示{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}。各值論域如下:e的基本論域?yàn)閇-6，+6]； Δe的基本論域?yàn)閇-0.6，+0.6]；μ(x)的基本論域?yàn)閇-1，1]。電流偏差三角型隸屬函數(shù)曲線圖如圖3所示。

1.3模糊控制規(guī)則

由于每個(gè)輸入變量有7個(gè)模糊子集，所以共有49條模糊推理規(guī)則。控制規(guī)則總模糊關(guān)系如下：

R=R1∪R2∪ …∪R49R1=[(NB)e×(NB)Δe]T×(PB)u

R2=[(NM)e×(NB)Δe]T×(PB)u……R49=[(PB)e×(PB)Δe]T×(NB)u

模糊控制規(guī)則表如表1所示。

表1 模糊控制規(guī)則表

1.4模糊推理及去模糊化

依據(jù)模糊推理合成規(guī)則，則輸出語(yǔ)言變量論域上的模糊子集有:

u=(e×Δe)oR(o為合成運(yùn)算)

對(duì)模糊子集去模糊化,就可判決出一個(gè)精確的控制量。筆者用加權(quán)平均法對(duì)其進(jìn)行判決：

式中，μu(ui)為輸出模糊集合u的隸屬度；ui為論域U={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6,+7}中的元素。

2 仿真試驗(yàn)

為了驗(yàn)證異步電機(jī)軟啟動(dòng)模糊控制策略的有效性，進(jìn)行相關(guān)仿真試驗(yàn)。異步電機(jī)相關(guān)參數(shù)如下：額定功率為2.2kW，額定電壓為220V，定子電阻為0.457 Ω，定子電感為2mH，轉(zhuǎn)子電阻為0.815Ω，轉(zhuǎn)子電感為2mH，互感為69.36mH。異步電機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流變化的仿真曲線圖如圖4所示。由圖4可知，異步電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中電機(jī)轉(zhuǎn)速基本呈線性上升(見(jiàn)圖4(a))，電磁轉(zhuǎn)矩隨著晶閘管導(dǎo)通角的增大，迅速趨于平穩(wěn)(見(jiàn)圖4(b))，電機(jī)電流基本保持在設(shè)定值附近，恒流控制效果良好，當(dāng)交流電機(jī)啟動(dòng)完成后，電機(jī)電流回落到12A附近，電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)(見(jiàn)圖4(c))。因此，對(duì)異步電機(jī)軟啟動(dòng)模糊控制后，能夠有效起到減小啟動(dòng)電流、抑制沖擊轉(zhuǎn)矩的作用。

圖4 仿真曲線圖

3 結(jié)語(yǔ)

將模糊控制策略應(yīng)用到電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的設(shè)計(jì)中，使控制器智能化，增強(qiáng)了系統(tǒng)魯棒性，從而解決電動(dòng)機(jī)啟、停過(guò)程中電流、轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)本身的機(jī)械沖擊及對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面影響等問(wèn)題。仿真結(jié)果表明,該模糊控制策略具有較好的運(yùn)行效果，能夠有效起到減小啟動(dòng)電流、抑制沖擊轉(zhuǎn)矩的作用。

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[編輯] 李啟棟

TM342

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1673-1409(2013)22-0068-02

2013-05-15

戴璐平(1969-)，女，碩士，講師，現(xiàn)主要從事自動(dòng)控制方面的教學(xué)與研究工作。