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模糊控制電機(jī)軟啟動(dòng)論文-在線瀏覽

2025-01-09 00:14本頁(yè)面
  

【正文】 B PS ZE NS NB PS PB ZE NS NS NB PB PB NS NB NB X 圖 4 模糊控制狀態(tài)表 第四步: 求模糊控制表 設(shè)系統(tǒng)輸入偏差 E 的論域值為 1,偏差變化率 EC 地論域值為 2,如圖 49所示:對(duì)于輸入的偏差量有: μ ZE( 1) = μ PS( 1) = 其余模糊集的隸屬度都為 0。這樣當(dāng)偏差為正,為負(fù)大,負(fù)小和 0 時(shí),可對(duì)稱地得出控制量變化的值。確定模糊控制規(guī)則的原則是必須使系統(tǒng)輸出響應(yīng)的動(dòng)靜態(tài)特性達(dá)到最佳。模糊集又可由模糊賦值表來(lái)定義,偏差輸入量的隸屬函數(shù)μ (e)曲線就與以下的模糊賦值表相對(duì)應(yīng)。 第二步: 在各輸入輸出語(yǔ)言變量論域中定義模糊子集。 模糊控制表是給出輸入精確量與輸出精確量直接關(guān)系的表格,其中推導(dǎo)的依據(jù)是基于人的控制經(jīng)驗(yàn)而總結(jié)出的模糊控制規(guī)則。 模糊控制電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的設(shè)計(jì) 模糊控制電機(jī)軟啟動(dòng)用查表法設(shè)計(jì)一個(gè)常規(guī)的電流模糊控制器來(lái)控制啟動(dòng)電流,假設(shè)給定電流為 100A,設(shè)計(jì)步驟如下: a) 確定模糊控制器的輸入輸出變量 模糊控制器選用實(shí)際電流 Y 與電流給定值 R 的偏差 e=YR 及其偏差變化率△ e作為輸入語(yǔ)言變量,把控制啟動(dòng)電流的可控硅導(dǎo)通角的變化量 U選作為輸出語(yǔ)言變量,這樣所設(shè)計(jì)的模糊控制器是雙輸入單輸出 方式 的。 e xi R zk u △ e xj 圖 2 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 其中: k k2為偏差 e 和偏差變化率△ e 論域變換時(shí)的量化因子, k3為控制量 u 的比例因子。于是在過(guò)程控制中,計(jì)算機(jī)只需直接根據(jù)采樣和論域變換得來(lái)的以論域元素的形式表現(xiàn)的 e(xi)和△ e(yj),由控制表的第 i行與第 j 列找到對(duì)應(yīng)的同樣以論域元素形式表現(xiàn)的控制量 u(zk),把其乘以比例因子,即可用于控制被控過(guò)程,以達(dá)到預(yù)期的控制目的。在這里我采用的是查表法。 e A C △ e B 圖 1 常規(guī)模糊控制器原理框圖 圖中, A、 B、 C 為控制器輸入偏差 e、偏差變化率△ e、控制量 u的模糊集。 由模糊控制器原理及其設(shè)計(jì)步驟可知,要設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器,通常是先把系統(tǒng)偏差 e、偏差率△ e 和控制量 u變化的精確量轉(zhuǎn)化為模糊量,給模糊算法器進(jìn)行處理;模糊算法器根據(jù)系統(tǒng)控制規(guī)則決定的模糊關(guān)系 R,應(yīng)用模糊推理合成算法,推理決策出輸出控制的模糊量,然后再經(jīng)過(guò)模糊判決,給出輸出控制量的確切值去控制被控對(duì)象。因此,當(dāng)要設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器時(shí),并不需要象設(shè)計(jì)數(shù)字控制器時(shí)那樣,必須知道被控對(duì)象的傳遞函數(shù)的精確數(shù)字表達(dá)式。因此模糊控制器的設(shè) 計(jì)實(shí)質(zhì)上是設(shè)計(jì)模糊控制算法。同時(shí)又能減少網(wǎng)電流,提高電網(wǎng)利用率和電機(jī)利用率,達(dá)到節(jié)電增效的目的。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加 cosΦ 值越來(lái)越大,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí),功率因數(shù) cosΦ也將達(dá)到最大值。他的等效電路是由耗能元件電阻 RL(拖動(dòng)負(fù)載)和儲(chǔ)能元件電感 LM(定子轉(zhuǎn)子線圈電感)組成。由此可見(jiàn),為了提高交流電路的能量傳輸能力,應(yīng)盡可能提高功率因數(shù) cosΦ。IIcosΦ Φ為電壓波形與電流波形之間的相位差(功率因數(shù)角),它是由電路中的非阻性負(fù)載引起的,定義 cosΦ為功率因 數(shù)。 基本概念 在交流電路中對(duì)任何一個(gè)負(fù)載所消耗的電功率為: P=U被控電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流可根據(jù)實(shí)際需要而預(yù)先設(shè)定,這樣可以避免全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的沖擊電流。很明顯有功功率率只占總功率(視在功率)的一半左右。 異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中,電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生磁場(chǎng)需大量無(wú)功功率。 d) 變頻器調(diào)速啟動(dòng) 。 b) 自耦降壓?jiǎn)?dòng) 。 直接啟動(dòng)也稱為全壓?jiǎn)?dòng),一般用于 下的電機(jī),這種方式啟動(dòng)電流很大,可達(dá)額定電流 6 至 10 倍,對(duì)電網(wǎng)影響很大。這樣就可達(dá)到降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流,提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)過(guò)程無(wú)電流沖 擊的軟模糊控制電機(jī)軟啟動(dòng) 2 啟動(dòng)過(guò)程。并且結(jié)合模糊控制原理,建立模糊控制表,通過(guò)軟件來(lái)控制電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。 由于異步電動(dòng)機(jī)是非線形、多變量、強(qiáng)耦合的復(fù)雜被控對(duì)象,傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法很多,啟動(dòng)電流雖然得到限制,但仍然有電流沖擊,而且這些啟動(dòng)方法本身也有很大缺點(diǎn),所以為適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)代化的需要,無(wú)觸電控制的電子啟動(dòng)器替代舊式啟動(dòng)器是大勢(shì)所趨。這將對(duì)電機(jī)本身、拖動(dòng)設(shè)備和電源設(shè)備的使用壽命有很大的影響,同時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓也會(huì)造成很大的沖擊,影響同一電網(wǎng)其他電器設(shè)備正常運(yùn)行。因此電動(dòng)機(jī)的節(jié)能降耗意義重大,國(guó)家對(duì)此已制定了一系列的法規(guī)政策,來(lái)鼓勵(lì)電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)作為工業(yè)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器,它廣泛應(yīng)用于石化、礦山、金屬、紡織、煙草、機(jī)械、自來(lái)水、 醫(yī)藥、制冷等各個(gè)領(lǐng)域。該系統(tǒng)還有軟停車、過(guò)流保護(hù)和缺相保護(hù)的功能。模糊控制電機(jī)軟啟動(dòng) 1 模糊控制電機(jī)軟啟動(dòng) 【 摘要 】 : 交流異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器是結(jié)合了模糊控制部分理論,建立模糊控制表,通過(guò)改變雙向晶閘管的導(dǎo)通角,控制電機(jī)端電壓,這樣大大減小了啟動(dòng)電流,達(dá)到軟啟動(dòng)的目的??刂齐娐肥且?AT89C51 單片機(jī)為核心的數(shù)字電路。 【關(guān)鍵詞】: 電動(dòng)機(jī) 軟啟動(dòng) 晶閘管 導(dǎo)通角 單片機(jī) 電壓 電流 一、 引言 在當(dāng)今世界上,把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能基本上都是通過(guò)電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在我國(guó),電動(dòng)機(jī)的電量消耗占總用電量地 40%以上。 三相異步交流電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、維修方便、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),但是異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中,瞬時(shí)電流沖擊大,通常是額定電流的 4 至 7 倍,而且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩沖擊也很大。在大、中功率異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中必須限制啟 動(dòng)電流。 我所設(shè)計(jì)的軟啟動(dòng)器,是通過(guò)改變雙向晶閘管的導(dǎo)通角,控制電機(jī)端電壓,這樣大大減小了啟動(dòng)電流??刂齐娐肥且?AT89C51 單片機(jī)為核心的數(shù)字電路。 二、 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的基本概念 異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式簡(jiǎn)介 通常異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)可采用直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種方式。 另一種方式是降壓?jiǎn)?dòng),目前降壓?jiǎn)?dòng)主要采用如下幾種方法: a) 電阻降壓或電抗器降壓?jiǎn)?dòng) 。 c) Y— △啟動(dòng) 。 e) 電子軟啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)功率因數(shù)只有 ~ 。 異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的過(guò)程,就是通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)外施電壓,控制電動(dòng)機(jī)從停止?fàn)顟B(tài)向滿速運(yùn)行狀態(tài)逐步加速。目前,這種軟啟動(dòng)技術(shù)在國(guó)際上已經(jīng)應(yīng)用比較普遍,將該類技術(shù)產(chǎn)品稱為“軟啟動(dòng)器或柔性啟動(dòng)器”。I P=UcosΦ稱為有功功率,Q=UsinΦ稱為無(wú)功功率。 模糊控制電機(jī)軟啟動(dòng) 3 異步電動(dòng)機(jī)特征分析 電動(dòng)機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置,它的用途是將電能轉(zhuǎn)換成各其他的機(jī)械能。 電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)初期功率因數(shù) cosΦ 只有 左右。一般情況下異步電機(jī)的額定功率為 左右, 異步電機(jī)在滿足額定運(yùn)行狀態(tài)額定負(fù)載下,將達(dá)到最佳功率因數(shù)和效率;而在輕載和非額定運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行,電機(jī)的功率因數(shù)和效率,都會(huì)有損失 由此可見(jiàn),如果能對(duì)電機(jī)進(jìn)行有效的補(bǔ)償控制和負(fù)載率調(diào)整,即能很好的改善電機(jī)的啟動(dòng)特性。 三、模糊控制理論 常規(guī)模糊控制器 在模糊控制中,模糊控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,它的硬件結(jié)構(gòu)與數(shù)字控制器相同,一般由微型計(jì)算機(jī)或單片機(jī)組成,但在軟件上采用模糊控制算法,也就是采用模糊控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。 因?yàn)槟:刂剖墙⒃谌说慕?jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,而這些經(jīng)驗(yàn)并不依賴于被控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型。 而根據(jù)模糊控制原理,通常是按以下步驟來(lái)設(shè)計(jì)模糊控制器: a) 確定模糊控制器的結(jié)構(gòu),既根據(jù)具體的系統(tǒng)確定其輸入輸出的變量; b) 輸入輸出變量的模糊化,即把輸入輸出的精確量轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)語(yǔ)言變量的模糊集合; c) 模糊推理決策算法的設(shè)計(jì),即根據(jù)模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理,并決策出輸出模糊量; 模糊控制電機(jī)軟啟動(dòng) 4 d) 對(duì)輸出模糊量進(jìn)行模糊判決,完成其模糊量到精確量的轉(zhuǎn)化。這就組成了一個(gè)常規(guī)模糊控制器,如圖 1 所示。 常規(guī)模糊控制器在實(shí)際應(yīng)用中通常采用兩種方法:第一種是查表法,第二種是公式法。 查表法的作用是:首先通過(guò)事先的離線計(jì)算,取得一個(gè)模糊控制表,然后將其控制表存放到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中。可見(jiàn),這種常規(guī)模糊控制器所組成的模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖 2 所示。由上圖可見(jiàn),這里模糊控制器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是求取控制表,它模糊化 合成算法 判決 K1 K2 量 化 量 化 模 糊 控制表 K3 對(duì)象 模糊控制電機(jī)軟啟動(dòng) 5 是根據(jù)模糊控制算法求出來(lái)的關(guān)于輸入和輸出量之間關(guān)系的表格。 b) 求取模糊控制表,并存于計(jì)算機(jī)內(nèi)存中。具體求取的方法和步驟如下: 第一步: 確定各輸入、輸出量的變化范圍及其對(duì)應(yīng)語(yǔ)言變量的論域元素和量化因子 k k k3。 系統(tǒng)輸入輸出語(yǔ)言變量都選取 5個(gè)語(yǔ)言值: PB、 PS、 ZE、 NS、 NB,并根據(jù)操作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),確定出在各語(yǔ)言變量論域上用以描述模糊子集 PB、 PS、 ZE、NS、 NB的隸屬函數(shù)μ (e) 、μ (△ e)、 μ (u)。 偏差e 4 3 2 1 0 1 2 3 4 NB 1 0 0 0 0 0 0 0 NS 0 1 0 0 0 0 0 ZE 0 0 0 1 0 0 0 PS 0 0 0 0 0 1 0 PB 0 0 0 0 0 0 0 1 圖 3 模糊賦值表 第三步: 模糊控制規(guī) 則的確定 模糊控制規(guī)則,實(shí)質(zhì)上是將操作者在控制過(guò)程中的時(shí)間經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)而得模糊控制電機(jī)軟啟動(dòng) 6 到的一條條模糊條件語(yǔ)言的集合,通常簡(jiǎn)寫(xiě)為一個(gè)表,稱為模糊控制狀態(tài)表。 當(dāng)偏差 e 為不同的值時(shí),根據(jù)系
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