周震

摘??要：提出了基于和利時LM小型PLC對實驗室環(huán)境下的小功率交流電動機進行的模糊控制，從而實現(xiàn)軟啟動實驗系統(tǒng)。實驗系統(tǒng)在自制和利時PLC實驗臺的基礎上，以LM3108K為核心單元，通過模糊控制算法控制三相智能交流調(diào)壓模塊，對交流電動機的帶載啟動實現(xiàn)了軟啟動控制。從實驗結果看，本實驗系統(tǒng)及其程序設計可達到預期目標，具有一定的參考、借鑒意義。

關鍵詞：模糊控制;軟啟動;LM3108K;智能交流調(diào)壓模塊

中圖分類號：TM571???????????????文獻標識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.14.005

交流電動機在全壓直接啟動過程中，啟動電流可達到額定電流的4～8倍，但啟動轉矩僅能達到額定轉矩的0.5～1.5倍。為了限制啟動電流對電動機自身和電網(wǎng)的影響，軟啟動控制方式得到了普遍應用。軟啟動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩種基本結構。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制方式采用閉環(huán)PID算法對交流電動機進行恒流軟啟動。但交流電動機在啟動過程中的電流和主電路中的晶閘管調(diào)壓電路的控制電壓之間的數(shù)學模型很難確定，同時，交流電動機本身參數(shù)的耦合性很強，是高階非線性的被控對象，因此，采用PID控制參數(shù)調(diào)試的過程較長，很難取得理想的控制效果。在智能控制算法中，模糊控制理論以模糊數(shù)學和模糊語言形式表達為難以建立精確數(shù)學模型的被控對象的模糊控制規(guī)則。由于模糊控制規(guī)則可根據(jù)大量的經(jīng)驗結論和操作方法提煉，所以，其描述對于被控對象的控制而言，不需要基于精確的數(shù)學模型，同時，在表達方式上更接近人對事物處理判斷的模糊控制思維。因此，?交流電動機的軟啟動過程中，采用基于模糊控制規(guī)則的模糊控制能更好地獲得預期的控制效果?；镜哪：刂葡到y(tǒng)的組成如圖1所示。

圖1??模糊控制系統(tǒng)組成框圖

控制系統(tǒng)中的模糊控制器可以采用單片機、PLC或其他計算機裝置實現(xiàn)模糊控制算法。在前期完成的自制和利時PLC實驗臺的基礎上，結合和利時PLC模塊的特點，對實驗室環(huán)境下的小功率交流電動機模糊軟啟動進行了研究，提出了可行的模糊軟啟動控制實驗方案。

1??實驗系統(tǒng)硬件方案

實驗系統(tǒng)采用實驗臺上的和利時LM3108KCPU模塊和三相交流調(diào)壓實驗區(qū)器件組建交流電動機的模糊軟啟動控制系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2??模糊軟啟動控制系統(tǒng)

在實驗系統(tǒng)中，LM3108KCPU本機提供8點繼電器型DO，電壓型AI和AO均為0～10?VDC輸入/輸出信號，精度為1%FS。交流量的公共端子為2M和3M，三相電壓電流輸入信號范圍為0～14?VAC，精度為1%FS。實驗用受控交流電動機的額定功率為750?W，額定電流為2.19?A，定子三相繞組接成星形方式，交流電動機加載器為可控磁粉制動器。三相智能交流調(diào)壓模塊可接受LM3108K的一路AO信號，從而對交流電動機進行調(diào)壓控制。

2??模糊控制算法說明

在模糊算法中，對于模糊輸入變量和模糊輸出變量，其模糊化等級通常取{0，±1，±2，…，±m(xù)}，同時，將對應等級的模糊子集取為以下幾種情況之一。

e={負大，負小，零，正小，正大}={NB，NS，ZO，PS，PB};e={負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB};e={負大，負中，負小，零負，零正，正小，正中，正大}={NB，NM，NS，NZ，PZ，PS，PM，PB};e={負很大，負大，負中大，負中，負中小，負小，負很小，零負，零正，正很小，正小，正中小，正中，正中大，正大，正很大}={NVB，NB，NMB，NM，NMS，NS，NVS，NZ，PZ，PVS，PS，PMS，PM，PMB，PB，PVB}。

在實驗中，取交流電機定子電流偏差ei對應的模糊變量為Ei，電流偏差變化率為eiC=de/dt，對應的模糊變量為EiC。將模糊輸入變量Ei的模糊化等級取m=3，模糊子集取上述第2種情況，且將每個模糊子集用三角形隸屬度函數(shù)模糊化。將模糊輸入變量EiC的模糊化等級取3，模糊子集取上述第1種情況，且將每個模糊子集用三角形隸屬度函數(shù)模糊化。模糊控制器的輸出量為控制晶閘管模塊的控制電壓uC，其對應的模糊變量為UC。模糊控制器的輸出量的模糊化等級取m=3，模糊子集取上述第2種情況，采用高斯型隸屬度函數(shù)與每個模糊子集對應。結合交流電動機的恒流軟啟動控制經(jīng)驗，實驗系統(tǒng)的控制規(guī)則采用模糊規(guī)則表表示，如表1所示。根據(jù)模糊控制規(guī)則表，按照第一類推理方式可求得總的模糊關系R，可進行模糊推理，并采用加權平均法解模糊得到1張模糊控制查詢表，如表2所示。設定輸入變量電流偏差ei的實際變化范圍為[-eimax，+eimax]，輸入變量電流偏差變化率eiC的實際變化范圍為[-eiCmax，+eiCmax]，輸出變量控制電壓uC的實際變化范圍為[0，5?V]。需要將輸入量的精確量按照式（1）將其轉換到對應的論域區(qū)間[-3，+3]，并按照轉換后的等級查詢模糊控制查詢表中對應的輸出量模糊等級。最后將輸出量通過式（2）得到實際的輸出控制電壓，用于調(diào)節(jié)交流電動機的三相定子電壓。具體轉換公式如下：

（1）

（2）

式（1）（2）中：e為精確量，e∈[a，b];為離散后的精確量，∈[-3，+3]。

表1??模糊控制規(guī)則表