智能控制技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用--模糊控制(編輯修改稿)
2024-12-10 05:17 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、直流電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)，還有各類(lèi)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液壓閥等。 智能控制技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用 6 (3) 模 糊控制器是控制系統(tǒng)中的核心部分，是一種采用基于模糊知識(shí)表示和規(guī)則推理的語(yǔ)言型控制器。 (4) 輸入 /輸出接口在實(shí)際控制系統(tǒng)中由于多數(shù)被控對(duì)象的控制量及其可觀測(cè)狀態(tài)是模擬量。因此模糊控制系統(tǒng)與通常的全數(shù)字控制系統(tǒng)一樣必須具有 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換單元。而且在模糊控制系統(tǒng)中還應(yīng)該有適用于模糊邏輯處理的“模糊化”與“解模糊化”環(huán)節(jié)，這部分通常也被看作是模糊控制器的輸入 /輸出接口。 (5) 測(cè)量裝置它是將被控對(duì)象的各種待測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類(lèi)裝置，通常由各類(lèi)數(shù)字或模擬的測(cè)量?jī)x器、檢測(cè)元件或者傳感器等組成。它在模糊控制系 統(tǒng)中占有十分重要的地位，其精度往往直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，因此要求其精度高、可靠性及穩(wěn)定性好。 模糊控制器的設(shè)計(jì) 模糊控制器的組成 模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，一個(gè)模糊控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，主要取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu)、采用的模糊規(guī)則、合成推理算法以及模糊決策的方法等因素。由于所采用的模糊規(guī)則是由模糊理論中模糊條件語(yǔ)句來(lái)描述的，因此模糊控制器是一種語(yǔ)言型控制器，故也稱(chēng)為模糊語(yǔ)言控制器。 模糊控制器的組成框圖如圖 。它包括有：入量模糊化接口、數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、推理機(jī)和解模糊接口五個(gè) 部分。 圖 模糊控制組成 (1)模糊化接口 模糊控制器的輸入必須通過(guò)模糊化才能用于模糊控制器輸出求解，因此它實(shí)際上是模糊控制器的輸入接口。它的主要作用是將真實(shí)的確定量輸入轉(zhuǎn)換成一個(gè)模糊矢量。 (2)數(shù)據(jù)庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù)所存放的是所有輸入、輸出變量的全部模糊子集的隸屬度值 (即經(jīng)過(guò)論域等級(jí)的離散化以后對(duì)應(yīng)值的集合 )，若論域?yàn)檫B續(xù)域，則為隸屬度函數(shù)。在規(guī)則智能控制技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用 7 推理的模糊關(guān)系方程求解過(guò)程中，它向模糊推理提供數(shù)據(jù)。 (3)規(guī)則庫(kù) 模糊控制器的規(guī)則是基于專(zhuān)家知識(shí)或手動(dòng)操作人員長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，它是按人的直接 推理的一種語(yǔ)言表示形式。規(guī)則庫(kù)是用來(lái)存放全部模糊控制規(guī)則的，并為模糊推理提供控制規(guī)則。 (4)推理機(jī) 模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模擬人的基于模糊概念的推理能力。在模糊控制器中，模糊推理根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來(lái)求解模糊關(guān)系方程，并獲得模糊控制量。 (5)解模糊接口 為了將模糊控制量轉(zhuǎn)換為精確量，由模糊控制器的輸出接口作“解模糊” 處理 (即清晰化 )，清晰化的作用是將模糊推理得到的模糊控制量變換為實(shí)際用于控制的清晰量。 以電流為控制量的模糊控制器的設(shè)計(jì) 模糊控制軟啟動(dòng) 工作原理 下面本文討論基于電流控制的軟起動(dòng)器的模糊控制器 [410]的具體設(shè)計(jì)方法?；陔娏骺刂频能浧饎?dòng)控制系統(tǒng)的框圖如圖 。 起動(dòng)初始，交流接觸器 KM1閉合， KM2斷開(kāi)。在交流電機(jī)輸入電壓主回路各串接兩支反并聯(lián)晶閘管。利用同步變壓器獲取同步電壓信號(hào)，作為脈沖發(fā)生器的基準(zhǔn)信號(hào)。交流電機(jī)定子電流與啟動(dòng)電流給定值一起作為模糊調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)。模糊調(diào)節(jié)器首先計(jì)算起動(dòng)電流設(shè)定值與反饋電流的偏差和偏差變化率，然后以電流及電流的偏差為輸入量，經(jīng)模糊化后進(jìn)行模糊推理，最后將模糊推理結(jié)果解模糊判決后作為輸出調(diào)節(jié)量。模 糊調(diào)節(jié)器輸出的觸發(fā)角信號(hào)，送至脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器利用同步電壓信號(hào)調(diào)節(jié)脈沖相位，由觸發(fā)角決定每個(gè)周期觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生時(shí)刻，進(jìn)而調(diào)節(jié)晶閘管輸出電壓。當(dāng)交流電機(jī)軟起動(dòng)完成后，交流接觸器 KM1斷開(kāi)， KM2閉合，將電網(wǎng)電壓直接接在交流電機(jī)定子繞組上，同時(shí)將軟起動(dòng)裝置從主回路中切除，交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，軟起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 智能控制技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用 8 圖 系統(tǒng)框圖 模糊控制器設(shè)計(jì) 1） 結(jié)構(gòu)的選擇 模糊控制器設(shè)計(jì)首先需要確定模糊控制器的輸入和輸出變量，模糊控制器的輸入變量一般有以下三種： (1) 測(cè)量信號(hào)； (2) 測(cè)量信號(hào) 偏差； (3) 測(cè)量信號(hào)偏差變化率； 從理論上講，模糊控制器的維數(shù)越高，控制越精細(xì)，但是維數(shù)過(guò)高，控制規(guī)則變得過(guò)于復(fù)雜，控制算法的實(shí)現(xiàn)也相當(dāng)困難。 本模糊控制器的結(jié)構(gòu)為二維模糊控制器，交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)模糊控制器設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程電流恒定為目標(biāo)，因此本文選擇起動(dòng)電流設(shè)定值的偏差及偏差的變化為模糊控制器的輸入量，以晶閘管觸發(fā)角調(diào)節(jié)量為模糊控制器的輸出量，同時(shí)設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié)對(duì)每次調(diào)節(jié)量進(jìn)行累計(jì)。晶閘管實(shí)際最大可調(diào)范圍在 ?～ 150176。 之間（ ?為晶閘管續(xù)流角），因此在積分器后加一個(gè)限幅環(huán)節(jié)。 模糊控制器 的原理圖如圖 示。 智能控制技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用 9 圖 模糊控制器的原理圖 圖中 I 為啟動(dòng)電流設(shè)定值， ?I 為測(cè)量值 , e? 為偏差的量化因子 , c? 為偏差變化的量化因子 , u? 為控制量的比例因子。 2）確定語(yǔ)言變量及隸屬函數(shù) 電流偏差是指電流的給定值與檢測(cè)到的異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流值的差值， 取電流偏差 I 的語(yǔ)言變量為 E ,論域取 :X=[10 6 3 0 3 6 10]， 論域上的模糊子集 iA (i=1， 2， ?， 7),在模糊控制區(qū)內(nèi)將電流偏差分為 7個(gè)模糊狀態(tài) { PB(正大電流偏差 )、 PM(正中電流偏差 )、 PS(正小電流偏差 )、 Z(零電流偏差 )、 NS(負(fù)小電流偏差 )、 NM(負(fù)中電流偏差 )、 NB(負(fù)大電流偏差 )}，即 I 的語(yǔ)言集取 :{NB NM NS Z PS PM PB}。采用三角形隸屬函數(shù)如圖 ，給出對(duì)應(yīng)于 7個(gè)模糊狀態(tài)的隸屬度值如表 。 10 6 3 0 3 6 10 PB 0 0 0 0 0 0 1 PM 0 0 0 0 1 0 PS 0 0 0 0 1 0 0 Z 0 0 1 0 0 NS 0 0 1 0 0 0 0 NM 0 1 0 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 0 量 化 等 級(jí) 隸 屬 度 值 語(yǔ) 言 變 量 智能控制技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用 10 表 模糊 變量 E隸屬度值 圖 電流偏差隸屬函數(shù) 電流的偏差變化率是指一個(gè)采樣周期內(nèi)電流的變化值， 取電流偏差變化率 I?的語(yǔ)言變量為 EC,論域取 :Y= {10 6 3 0 3 6 10}， 論域上的模糊子集 jB（ j＝ 1， 2， 3） ,在模糊控制區(qū)內(nèi)將電流變化率分為 3個(gè)模糊狀態(tài) { N(負(fù) ) Z(零 ) P(正 ) }，即 I? 的語(yǔ)言集取 :{ N Z P }。采用三角形隸屬函數(shù)如圖 ，給出對(duì)應(yīng)于 3個(gè)模糊狀態(tài)的隸屬度值如表 。 10 6 3 0 3 6 10 P 0 0 0 0 1 1 Z 0 0 1 0 0 N 1 1 0 0 0 0 表 模糊變量 EC隸屬度值 量 化 等 級(jí) 隸 屬 度 值 語(yǔ) 言 變 量 智能控制技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用 11 圖 電流偏差變化率的隸屬函數(shù) 模糊控制器的輸出為觸發(fā)角的變化值 ?? ，取其語(yǔ)言值變量為 U，觸發(fā)角的變化值 ?? 的論域取 :Z
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