高速電機(jī):電阻型電機(jī)的模擬設(shè)施設(shè)計(jì)研討——華聯(lián)電機(jī)www.accountt.com.cn
1作者采用離線計(jì)算形成控制決策表存放內(nèi)存的方案。速度環(huán)實(shí)時(shí)控制時(shí),據(jù)輸入的e和e,查表即得對應(yīng)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(guī)控制一樣,其動、靜態(tài)特性之間存在一定的矛盾,采用固定的參數(shù)難以獲得滿意的性能,為保證系統(tǒng)快速響應(yīng),且超調(diào)小,應(yīng)引入自適應(yīng)模糊控制器。
2 SR電機(jī)8098單片機(jī)模糊控制的實(shí)現(xiàn)
2. 1精確量的模糊化
設(shè)SR電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差e( e=設(shè)定值-實(shí)測值)、轉(zhuǎn)速偏差變化e( e= e i - e i- 1)、控制器輸出增量U對應(yīng)的模糊子集均為7檔,即U~= EC~= E~{負(fù)大( NL ) ,負(fù)中( NM ) ,負(fù)?。?NS) ,零( ZE) ,正小( PS) ,正中( PM ) ,正大( PL) }對應(yīng)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(tǒng), e或e(以x記之)的變化范圍并非在之間,而在之間,可通過式( 5)所示的變換y = 14 b - a( x - a + b 2)( 5)將在區(qū)間變化的變量x轉(zhuǎn)化為區(qū)間的變量y.例如,根據(jù)SR電機(jī)轉(zhuǎn)速環(huán)采樣周期,設(shè)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(yīng)的量化因子GEC= 14/ 500;同理,若設(shè)e的變化范圍為 ,則e對應(yīng)的量化因子GE= 14/ 3000.可見,各變量只要乘上相應(yīng)的量化因子,即可轉(zhuǎn)化成在區(qū)間上變化的量。
2. 2極大極小模糊控制器設(shè)計(jì)
根據(jù)SRD現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗(yàn),可確定一組控制規(guī)則。當(dāng)e i n給定,要求轉(zhuǎn)速降低,即占空比應(yīng)減小,故輸出U應(yīng)下降;而當(dāng)e i 及內(nèi),若越出約束區(qū)間,則令其為相應(yīng)的區(qū)間邊界值。這是必要的,因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)表明,若按實(shí)際可能出現(xiàn)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(wěn)態(tài)時(shí),分辨率差,系統(tǒng)性能不佳。因此,在參數(shù)固定的模糊控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中,應(yīng)以一合適的小于實(shí)際變化范圍的區(qū)間及來確定量化因子,即GE= 14/( 2e 0) , GEC= 14/ ( 2e 0) ,這樣,為了使實(shí)際的e及e對應(yīng)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(diào)整
量化因子GE、GEC及比例因子GU對SR電機(jī)模糊控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能有較大的影響,應(yīng)當(dāng)通過系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行,權(quán)衡穩(wěn)、快、準(zhǔn)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(tǒng)對速度偏差的分辨率,影響系統(tǒng)的靜態(tài)誤差的動態(tài)調(diào)整時(shí)間。GE大,系統(tǒng)上升速率大,但GE過大,將使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào),從而延長過渡過程。若GE很小,則系統(tǒng)上升較慢,快速性差; GE還直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)品質(zhì)。
若設(shè)第k次執(zhí)行速度環(huán)對應(yīng)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(tǒng)的穩(wěn)態(tài)過程可用下述模糊規(guī)則描述:若偏差為“零”,偏差變化為“零”,則控制增量為零。語言值“零”對應(yīng)于一定的范圍,當(dāng)誤差和誤差變化都進(jìn)入語言值“零”所對應(yīng)的范圍時(shí),系統(tǒng)即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。由式( 6)可導(dǎo)出誤差的穩(wěn)態(tài)取值范圍:GE e(∞) , GE取值大小對SR電機(jī)負(fù)載起動性能的影響如所示。圖中三條曲線分別對應(yīng)于GE = 0. 035, e約束區(qū)間為 ;GE= 0. 00875, e約束區(qū)間為 ; GE= 0. 0047, e約束區(qū)間為三種GE取值在給定速度800r/ min下的實(shí)測起動性能。
GE取值對SR小電機(jī)起動性能的影響(速度給定800r / min, GU= 2, GE C= 0. 07)由可見, GE= 0. 035,系統(tǒng)超調(diào)小,穩(wěn)態(tài)誤差小,有較好的動、靜態(tài)態(tài)能; GE= 0. 00875和GE = 0. 0047,過渡過程時(shí)間長,穩(wěn)態(tài)精度很差,動、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(tǒng)輸出變化率越小,系統(tǒng)變化越慢,過渡過程時(shí)間長;若GEC越小,則系統(tǒng)反應(yīng)越快,但GEC取值過小易導(dǎo)致很大的超調(diào)和振蕩,這同樣使系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間變長。
在GU固定為2, GE固定為0. 0175, e約束區(qū)間為 , GEC取值大小對SR電機(jī)負(fù)載起動性能的影響如所示。圖中3條曲線分別對應(yīng)于GEC= 0. 14, e約束區(qū)間為 ;GEC= 0. 035, e約束區(qū)間為 ; GEC = 0. 00875, e約束區(qū)間為 3種GEC取值在給定速度800r/ min下的實(shí)測起動性能。
GEC取值對SR電機(jī)起動性能的影響(速度給定800r/ min, GU= 2, GE = 0.0175)由可見, GEC取0. 14,系統(tǒng)超調(diào)很小,過渡過程較快,系統(tǒng)有較好的動、靜態(tài)性能; GEC取0. 0875,系統(tǒng)超調(diào)很大, (高達(dá)25%)過渡過程很慢(約5 . 5s ) ,且有振蕩,動態(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(yàn)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(tǒng)響應(yīng)的上升和穩(wěn)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(dǎo)致超調(diào)。
GU小,則系統(tǒng)的反應(yīng)比較緩慢。在穩(wěn)定階段, GU過大亦會引起振蕩。
在GE固定為0. 0175, e約束區(qū)間為 ; GEC固定為0. 07, e約束區(qū)間為。圖中三條曲線分別對應(yīng)于GU= 1, GU = 4和GU = 10三種GU取值在給定速度800r/ min下的實(shí)測起動性能??梢姡?GU取10,系統(tǒng)初始上升很快,但有很大的超調(diào)和振蕩,導(dǎo)致調(diào)節(jié)時(shí)間很長; GU取4或取1,系統(tǒng)超調(diào)較小,過渡過程較快。