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      高速電機:電阻型電機的模擬設施設計研討——華聯(lián)電機www.accountt.com.cn

      1作者采用離線(xiàn)計算形成控制決策表存放內存的方案。速度環(huán)實(shí)時(shí)控制時(shí),據輸入的e和e,查表即得對應的輸出控制量增量。本文研究了量化因子和比例因子對SRD模糊控制器性能的影響,表明模糊控制與常規控制一樣,其動(dòng)、靜態(tài)特性之間存在一定的矛盾,采用固定的參數難以獲得滿(mǎn)意的性能,為保證系統快速響應,且超調小,應引入自適應模糊控制器。

      2 SR電機8098單片機模糊控制的實(shí)現

      2. 1精確量的模糊化

      設SR電機的轉速偏差e( e=設定值-實(shí)測值)、轉速偏差變化e( e= e i - e i- 1)、控制器輸出增量U對應的模糊子集均為7檔,即U~= EC~= E~{負大( NL ) ,負中( NM ) ,負?。?NS) ,零( ZE) ,正?。?PS) ,正中( PM ) ,正大( PL) }對應的量化等級均取15,分別表示為- 7, - 6, - 5, - 4, - 3, - 2, - 1, 0, + 1, + 2, + 3, + 4, + 5, + 6, + 7,即論域E、EC、U均為: {- 7, - 6, - 5,- 4, - 3, - 2, - 1, 0, + 1, + 2, + 3, + 4, + 5, + 6,+ 7}實(shí)際的SRD系統, e或e(以x記之)的變化范圍并非在之間,而在之間,可通過(guò)式( 5)所示的變換y = 14 b - a( x - a + b 2)( 5)將在區間變化的變量x轉化為區間的變量y.例如,根據SR電機轉速環(huán)采樣周期,設e變化范圍為 ,在偏差變化實(shí)際值為e= 120時(shí),代入式( 5) ,得y= 3. 36,取整為3,故e對應的量化因子GEC= 14/ 500;同理,若設e的變化范圍為 ,則e對應的量化因子GE= 14/ 3000.可見(jiàn),各變量只要乘上相應的量化因子,即可轉化成在區間上變化的量。

      2. 2極大極小模糊控制器設計

      根據SRD現場(chǎng)調試經(jīng)驗,可確定一組控制規則。當e i n給定,要求轉速降低,即占空比應減小,故輸出U應下降;而當e i 及內,若越出約束區間,則令其為相應的區間邊界值。這是必要的,因為系統運行實(shí)驗表明,若按實(shí)際可能出現的e及e最大變化范圍及確定量化因子( GE= 14/ 2e 1, GEC= 14/ 2e 1)。

      因量化因子小,在接近暫穩態(tài)時(shí),分辨率差,系統性能不佳。因此,在參數固定的模糊控制系統程序設計中,應以一合適的小于實(shí)際變化范圍的區間及來(lái)確定量化因子,即GE= 14/( 2e 0) , GEC= 14/ ( 2e 0) ,這樣,為了使實(shí)際的e及e對應的模糊量不超出論域的范圍,需對實(shí)際的e及e用約束條件加以判斷、限幅。

      3量化因子及比例因子的調整

      量化因子GE、GEC及比例因子GU對SR電機模糊控制系統的動(dòng)、靜態(tài)性能有較大的影響,應當通過(guò)系統實(shí)際運行,權衡穩、快、準三方面的要求整定。

      3. 1偏差e量化因子GE的選取偏差e量化因子GE的大小本質(zhì)上反映了控制系統對速度偏差的分辨率,影響系統的靜態(tài)誤差的動(dòng)態(tài)調整時(shí)間。GE大,系統上升速率大,但GE過(guò)大,將使系統產(chǎn)生較大的超調,從而延長(cháng)過(guò)渡過(guò)程。若GE很小,則系統上升較慢,快速性差; GE還直接影響系統的穩態(tài)品質(zhì)。

      若設第k次執行速度環(huán)對應的速度偏差量化值為E( k) ,其精確量為e( k) ,則有E( k) = INT( GE e( k) + 0. 5)( 6)模糊控制系統的穩態(tài)過(guò)程可用下述模糊規則描述:若偏差為“零”,偏差變化為“零”,則控制增量為零。語(yǔ)言值“零”對應于一定的范圍,當誤差和誤差變化都進(jìn)入語(yǔ)言值“零”所對應的范圍時(shí),系統即進(jìn)入穩態(tài)。由式( 6)可導出誤差的穩態(tài)取值范圍:GE e(∞) , GE取值大小對SR電機負載起動(dòng)性能的影響如所示。圖中三條曲線(xiàn)分別對應于GE = 0. 035, e約束區間為 ;GE= 0. 00875, e約束區間為 ; GE= 0. 0047, e約束區間為三種GE取值在給定速度800r/ min下的實(shí)測起動(dòng)性能。

      GE取值對SR小電機起動(dòng)性能的影響(速度給定800r / min, GU= 2, GE C= 0. 07)由可見(jiàn), GE= 0. 035,系統超調小,穩態(tài)誤差小,有較好的動(dòng)、靜態(tài)態(tài)能; GE= 0. 00875和GE = 0. 0047,過(guò)渡過(guò)程時(shí)間長(cháng),穩態(tài)精度很差,動(dòng)、靜態(tài)性能差。

      3. 2偏差變化量化因子GEC的選取GEC越大,系統輸出變化率越小,系統變化越慢,過(guò)渡過(guò)程時(shí)間長(cháng);若GEC越小,則系統反應越快,但GEC取值過(guò)小易導致很大的超調和振蕩,這同樣使系統調節時(shí)間變長(cháng)。

      在GU固定為2, GE固定為0. 0175, e約束區間為 , GEC取值大小對SR電機負載起動(dòng)性能的影響如所示。圖中3條曲線(xiàn)分別對應于GEC= 0. 14, e約束區間為 ;GEC= 0. 035, e約束區間為 ; GEC = 0. 00875, e約束區間為 3種GEC取值在給定速度800r/ min下的實(shí)測起動(dòng)性能。

      GEC取值對SR電機起動(dòng)性能的影響(速度給定800r/ min, GU= 2, GE = 0.0175)由可見(jiàn), GEC取0. 14,系統超調很小,過(guò)渡過(guò)程較快,系統有較好的動(dòng)、靜態(tài)性能; GEC取0. 0875,系統超調很大, (高達25%)過(guò)渡過(guò)程很慢(約5 . 5s ) ,且有振蕩,動(dòng)態(tài)性能很差; GEC取0. 035的性能介于GEC取0. 14和GEC取0. 00875之間。實(shí)驗表明, GEC取值不宜小于0. 035.

      3. 3控制輸出比例因子GU的選取GU在系統響應的上升和穩定階段有不同的影響。在上升階段, GU取得越大,上升越快,但易導致超調。

      GU小,則系統的反應比較緩慢。在穩定階段, GU過(guò)大亦會(huì )引起振蕩。

      在GE固定為0. 0175, e約束區間為 ; GEC固定為0. 07, e約束區間為。圖中三條曲線(xiàn)分別對應于GU= 1, GU = 4和GU = 10三種GU取值在給定速度800r/ min下的實(shí)測起動(dòng)性能??梢?jiàn), GU取10,系統初始上升很快,但有很大的超調和振蕩,導致調節時(shí)間很長(cháng); GU取4或取1,系統超調較小,過(guò)渡過(guò)程較快。


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