【正文】 模糊關(guān)系：即隸屬度：（11）若E為NM~NB，EC為PS，則為NS。選用二維模糊控制器輸入為速度誤差及誤差的變化率，輸出為定子電流轉(zhuǎn)矩，量化因子分別為和，量化因子和的大小意味著對輸入變量誤差和誤差變化率的不同加權(quán)程度，比例因子為。故有三元模糊關(guān)系式： (37)隸屬函數(shù)為： (38)實際控制中，控制規(guī)則庫都是由若干條規(guī)則組成的，對于每一條推理規(guī)則都可以得到一個相應(yīng)得模糊關(guān)系，N條規(guī)則就有N個模糊關(guān)系：。這里的專家經(jīng)驗是通過對專家控制經(jīng)驗的咨詢形成控制規(guī)則庫。它主要的作用是將真實的確定量輸入轉(zhuǎn)換為一個模糊矢量。模糊控制采用人類思維中的模糊量，如“高”、“中”、“低”、“大”、“小”等，使得控制機理和控制策略易于理解和接受，設(shè)計簡單，便于維護和推廣。（轉(zhuǎn)速為100r/m）下。下面對幾種不同螺旋槳負載的啟動性能進行仿真研究。表22 標幺值表示的啟動特性數(shù)據(jù)（pu）(pu)1顯然，這是一個平方特性曲線，為使分析更為方便且保持較高的準確性，將此平方特性曲線用四段直線來近似。（3） 反轉(zhuǎn)（倒車）特性反轉(zhuǎn)特性是螺旋槳負載特性中最為特殊的一個特性。電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)，顯然應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成： （233）式中 ——電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ——電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。其模型： （228） 矢量變換矢量變換包括坐標變換、矢量回轉(zhuǎn)及矢量分析三部分。由于勵磁回路電磁時間常數(shù)大，故響應(yīng)慢，但由于積分調(diào)節(jié)作用可以消除誤差。當(dāng)電動機高于基速運行時，電動機弱磁，其等效積分時間常數(shù)增大，速度環(huán)的開放放大倍數(shù)減小。如果能在負載變化時，施加控制，使和恒定，則 （27）這樣同步電動機的轉(zhuǎn)矩控制就可以像直流電動機那樣，控制定子電流的轉(zhuǎn)矩分量就可以控制其轉(zhuǎn)矩。在此基礎(chǔ)上建立推進電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進行仿真分析。為克服這一缺點，Ying采用了分析解方法[12]，基于簡單地討論首先可以去除其中不合理的八種方法，然后對剩余的四種方法進行控制量形式的比較研究。張恩勤等比較了TS模糊控制器與PID控制器[25]。并將其應(yīng)用于推進調(diào)速系統(tǒng)中。 [ 7]： 內(nèi)模控制結(jié)構(gòu)圖其中P為被控對象，M為模型，C為內(nèi)?？刂破?，F(xiàn)為濾波器。然而，古典控制理論、現(xiàn)代控制理論（包括自適應(yīng)控制理論與隨機最優(yōu)控制理論）均是以被控對象的精確數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的。本人授權(quán)XXXX大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本文以交交變頻同步電機調(diào)速系統(tǒng)為研究對象，對其所帶非線性負載—螺旋槳進行了研究，并進行分段線性化處理，建立了基于常規(guī)PI控制算法的調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，為系統(tǒng)的仿真研究及性能改善奠定了基礎(chǔ)。另外根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩公式可知，當(dāng)負載為非線性時變、強耦合時，如系統(tǒng)的負載為螺旋槳，則PI控制很難滿足系統(tǒng)高性能要求。內(nèi)?？刂谱钤缭诨ゎI(lǐng)域得到成功應(yīng)用，后又推廣到伺服系統(tǒng)的控制，陳偉慶等針對某伺服系統(tǒng)，采用雙口控制實現(xiàn)了高階無靜差伺服跟蹤[3]；Harmefors等提出的交流電機電流內(nèi)?？刂品桨改茌^好的處理控制量飽和問題[4 ]；Ge等對多變量的開關(guān)磁阻電機進行內(nèi)?？刂芠5]。Buckley在文[9]中用標準格式總結(jié)了以前的成果，并將其推廣到控制規(guī)則不限的一般情況[10]，以及多變量控制器[11]。目前的模糊控制器設(shè)計方法基本上如同一種“模糊藝術(shù)（fuzzy art）”。采用模糊推理，對控制器PID參數(shù)進行自整訂，是克服系統(tǒng)不確定性、提高控制器性能、增強系統(tǒng)魯棒性的重要手段。借助坐標變換，將電機矢量分解到旋轉(zhuǎn)坐標系中，使他們都變成靜止矢量，在坐標系上的各分量都是直流量。電壓模型法：利用測取的定子三相電壓實際值、直接計算電動機磁鏈矢量的模和位置角，其步驟如下：（1）利用3/2變換將、三個量變換為—坐標系中的、兩個分量；（2）利用關(guān)系，在—坐標系中計算和； （28）（3）利用矢量分析器（VA），在—坐標系中計算磁鏈的模和位置角。根據(jù)—坐標系上的定子電壓方程式（214），由速度調(diào)節(jié)器輸出的定子電流轉(zhuǎn)矩分量及功率因數(shù)設(shè)定單元輸出，可以得到穩(wěn)態(tài)時—軸系的定子電壓方程： （222）獲得、后，把他們分別與直流調(diào)節(jié)器輸出、相疊加，經(jīng)—坐標到A—B—C的坐標變換，就可以得到前饋補償量、送至三個交流電控制回路中的電壓調(diào)節(jié)器。（3）計算氣隙磁鏈的期望值。環(huán)中，由于測速單元得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓也含有交流分量，需加入轉(zhuǎn)速濾波環(huán)節(jié)，其濾波時間常數(shù)用表示。螺旋槳特性可以從它工作的三個典型工況下分析得到[48 49]。一次可以認為，在船舶實施倒航的初始階段，船舶航速不變，盡管螺旋槳這時已在反向旋轉(zhuǎn)。只是在啟動過程中不同，動態(tài)性能也不相同。但是在實際情況下，無論取何值，系統(tǒng)都不會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。針對調(diào)速系統(tǒng)所的螺旋槳負載，也對其啟動特性和反轉(zhuǎn)特性進行了分析，建立了基于常規(guī)PI控制器的交流推進同步電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對其啟動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及抗干擾特性進行仿真研究，指出了常規(guī)PI控制器的缺點。模糊控制系統(tǒng)無論被控對象是線性的還是非線性的，都能執(zhí)行有效的控制，具有良好的魯棒性和適應(yīng)性。為了簡化計算，現(xiàn)在常用的是三角形，其次是梯形。例如，某模糊控制系統(tǒng)輸入變量為（誤差）和（誤差變化率），他們對應(yīng)的語言變量為E和EC，可給出一組模糊規(guī)則：：if E is NB and EC is NB then U is PB：if E is NB and EC is NS then U is PM通常把if…部分稱為“前提部”，而then…部分稱為“結(jié)論部”，其基本結(jié)構(gòu)可歸納為if A and B then C，其中A為論域U上的一個模糊子集，B是論域V上的一個模糊子集。如果其最大隸屬度函數(shù)對應(yīng)得輸出值多于一個時，取所有具有最大隸屬度輸出的平均值。. 表31 誤差E的隸屬函數(shù)（隸屬度） eE54321012345PB100000000PM1000000PS0001000000000010000NS000001000NM0000001NS000000001 表32 誤差變化率EC的隸屬函數(shù)（隸屬度） EC54321012345PB100000000PM1000000PS0001000000000010000NS000001000NM0000001NS000000001 表33 控制量的隸屬函數(shù) ?u?U54321012345PB100000000PM1000000PS00100000000010000NS0000100NM0000001NS000000001根據(jù)輸入、輸出模糊變量確立模糊控制規(guī)則，如表34，共計27條。模糊關(guān)系：即隸屬度：（16）若E為NM~NB，EC為0，則為NM。模糊關(guān)系：即隸屬度：（6）若E為0，EC為PM，則為PS。因為是隸屬函數(shù)曲線與橫坐標x所圍成區(qū)域面積的重心坐標之一，所以式（310）所示加權(quán)平均法有時也稱為重心法。最基本的有Zadeh近似推理，它包含有正向推理和逆向推理兩類。知識庫（Knowledge Base—KB）：由數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫兩部分構(gòu)成。 （31），模糊控制系統(tǒng)與通常的計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的主要差別是采用了模糊控制器。模糊邏輯控制（簡稱模糊控制）就是使計算機具有活性和智能的一種新穎的智能控制方法，它是建立在人工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上。由仿真圖可以看出，當(dāng)螺旋槳反向啟動的時候，由于常規(guī)PI控制器的值比較大，再加上限幅作用的存在，導(dǎo)致在反向速度調(diào)節(jié)的時候，積分環(huán)節(jié)出現(xiàn)正負飽和現(xiàn)象，系統(tǒng)速度出現(xiàn)較大的振蕩。 常規(guī)PI控制調(diào)速系統(tǒng)啟動仿真波形在啟動階段初始階段，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快進入飽和狀態(tài)，輸出轉(zhuǎn)矩電流的限幅值，電動機輸出較大且恒定的電磁轉(zhuǎn)矩帶動螺旋槳負載啟動，系統(tǒng)工作在開環(huán)模式，啟動時間約為17s，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退出飽和，輸出轉(zhuǎn)矩電流小于限幅值，系統(tǒng)工作在閉環(huán)調(diào)節(jié)模式，超調(diào)量幾乎為零。顯然，這樣減少了反轉(zhuǎn)過程的過載轉(zhuǎn)矩。當(dāng)船在有風(fēng)暴的情況下或拖帶其它船只的情況下航行時，船的推進阻力增加，航速降低，螺旋槳的工作特性向上移動，若阻力很大，船速為零，便得到拋錨特性曲線（=0）。但在實際系統(tǒng)中電磁時間常數(shù)一般都遠小于機電時間常數(shù)，因而電流的調(diào)節(jié)過程往往比轉(zhuǎn)速的變化過程快的多，也就是說比反電動勢的變化快的多。 勵磁電流調(diào)節(jié)器勵磁電流調(diào)節(jié)器與直流電動機勵磁調(diào)節(jié)器相同，實現(xiàn)勵磁電流的閉環(huán)控制。其模型： （224）式中 ——放大系數(shù)。下面對各單元模型進行介紹。 同步電機矢量圖所有空間矢量都在空間以同步角速度旋轉(zhuǎn)，它們位于空間任意位置。模糊控制器與線性PID控制器相聯(lián)系得解析結(jié)構(gòu)，一方面揭示了模糊控制器在非線性、時變和純滯后等系統(tǒng)的應(yīng)用中比現(xiàn)行PID控制器優(yōu)越的機理，同時也提供了根據(jù)它們之間的增益關(guān)系來解析設(shè)計模糊控制系統(tǒng)并確保其穩(wěn)定性的一種方法。同時，各方法之間缺少橫向的系統(tǒng)化比較。文[19]將結(jié)構(gòu)分析方法推廣到具有線性規(guī)則的三維模糊控制器上，得到了三維模糊控制器的一般解析輸出表達式，證明了具有一般線性推理規(guī)則的三維模糊控制器可等同于一個全局多層次關(guān)系式和一個局部非線性PID控制器。至今，模糊控制技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到相當(dāng)廣泛的領(lǐng)域中。設(shè)計最優(yōu)控制時，性能指標是衡量系統(tǒng)在任意容許控制作用下性能好壞的尺度，其內(nèi)容與形式取決于最優(yōu)問題所要完成的任務(wù)。從上世紀40年代發(fā)展起來的經(jīng)典控制理論經(jīng)過不懈的努力在許多領(lǐng)域取得了輝煌的成就。分類號 密級 U D C 碩士學(xué)位論文基于模糊PI控制的推進電機調(diào)速研究論文答辯日期 學(xué)位授予日期 答辯委員會主席 評閱人 A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringResearch on Propulsion Speedregulated SystemBased on FuzzyPI ControllerCandidate : Ma LeiMajor : Power Electronics and Electric DriveSupervisor : Prof. Lin HuaHuazhong University of Science and TechnologyWuhan, 430074, P. R. ChinaApril, 2006學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。關(guān)鍵詞：同步電動機；模糊PI控制器；推進系統(tǒng)；調(diào)速系統(tǒng)；螺旋槳AbstractThe general PI control method is wide