電機軟啟動自整定模糊控制器的研究與設計

目前，軟啟動方式主要采用晶閘管交流調壓的方法。在電動機起動過程中通過控制晶閘管觸發角的大小，可使電動機的定子端電壓和起動電流根據工作要求設定的規律進行變化。電動機的起動方式和起動電流均可任意調整和設置，使之處于最佳的起動過程。常用的晶閘管調壓控制電路如圖2所示。
本文介紹參數自整定模糊控制技術在限流軟啟動中的應用，利用模糊推理、模糊決策對電動機啟動過程中電流大小進行控制，實現了系統平穩啟動。

2 模糊控制的方案
電機軟啟動傳統的方法是采用閉環PID控制對電動機進行限流軟起動。但是由于異步電動機啟動過程是非線性時變系統，采用PID閉環控制并不能很好的解決異步電動機起動過程中電流沖擊問題。所以，本文采用快速調節能力強的參數自整定模糊控制技術應用于電機軟啟動的控制中。模糊控制作為智能控制的一種方法，它最大的優點就是不依賴于被控對象的精確的數學模型，能夠克服系統非線性因素的影響，對被控對象參數的變化具有較強的魯棒性。

3 基于自整定模糊控制系統的結構
常規模糊控制器具有響應時間短，超調量小，魯棒性好，適于非線性時變的復雜系統，建立模型相對容易等優點。
模糊控制器具有良好的動態品質，同時也還存在一些問題：首先，常規的模糊控制器的控制規則建立之后就固定不變，難以獲得最優控制指標。相對于電動機軟起動過程這類復雜的被控對象，采用這種控制器不能獲得預期的控制效果，而且適應系統和環境變化的能力差。
為此我們采用參數自整定模糊控制技術，在運行過程中根據實際偏差和偏差變化率的大小，控制器選取不同的Ka、Kb、Kc以滿足動、靜態性能的不同要求。而且，基于量化、比例因子自調整方法，由于算法簡單高效，控制效果較好，很適合電動機軟啟動這類對控制的實時性要求較高的系統。
如圖3所示，考慮系統控制情況，選電流偏差e、偏差變化率ec為輸入變量、晶閘管觸發角的變化值a為輸出量。當量化因子Ke、Kec和比例因子取為常數時，可調整因子K1、K2、K3通過尋優的方法，不斷更新K1、K2、K3的值從而完成模糊控制規則的自調整，使模糊控制系統有最佳的動態性能。

4 模糊控制參數的選擇
4．1 模糊隸屬函數
本模糊控制器采用二維模糊控制，主模糊控制單元和模糊參數尋優控制單元都以異步電動機的輸出電流與期望值的偏差e及偏差變化率ec作為輸入變量，其中主模糊控制單元輸出變量為晶閘管觸發角a的變化值。模糊參數尋優控制單元的輸出可調整因子K1、K2、K3分別表示量化因子Ke、Kec以及比例因子Ka的調整系數值。
e、ec以及模擬控制器的輸出a的論域取{-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4)，將其大小量化為9個等級。在模糊控制區內將電流偏差分為7個模糊子集，即Ke的語言變量{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大)，簡記為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB)。
為了運算簡便，對于輸入輸出變量采用簡單的三角形隸屬度函數。隸屬度函數賦值表如下表所示：

4．2 模糊控制規則
綜合考慮電流偏差Ke和電流偏差的變化率Kec2羞兩個信號，采用的模糊推理規則的形式如下：

Ke和Kec都有個模糊子集，所以共有49條模糊規則。該推理規則用模糊關系表示為