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  高速电机:电阻型电机的模拟设施设计研讨——华联电机www.tjdlst.com

  1作者采用离线计算形成控制决策表存放内存的方案。速度环实时控制时,据输入的e和e,查表即得对应的输出控制量增量。本文研究了量化因子和比例因子对SRD模糊控制器性能的影响,表明模糊控制与常规控制一样,其动、静态特性之间存在一定的矛盾,采用固定的参数难以获得满意的性能,为保证系统快速响应,且超调小,应引入自适应模糊控制器。

  2 SR电机8098单片机模糊控制的实现

  2. 1精确量的模糊化

  设SR电机的转速偏差e( e=设定值-实测值)、转速偏差变化e( e= e i - e i- 1)、控制器输出增量U对应的模糊子集均为7档,即U~= EC~= E~{负大( NL ) ,负中( NM ) ,负小( NS) ,零( ZE) ,正小( PS) ,正中( PM ) ,正大( PL) }对应的量化等级均取15,分别表示为- 7, - 6, - 5, - 4, - 3, - 2, - 1, 0, + 1, + 2, + 3, + 4, + 5, + 6, + 7,即论域E、EC、U均为: {- 7, - 6, - 5,- 4, - 3, - 2, - 1, 0, + 1, + 2, + 3, + 4, + 5, + 6,+ 7}实际的SRD系统, e或e(以x记之)的变化范围并非在之间,而在之间,可通过式( 5)所示的变换y = 14 b - a( x - a + b 2)( 5)将在区间变化的变量x转化为区间的变量y.例如,根据SR电机转速环采样周期,设e变化范围为 ,在偏差变化实际值为e= 120时,代入式( 5) ,得y= 3. 36,取整为3,故e对应的量化因子GEC= 14/ 500;同理,若设e的变化范围为 ,则e对应的量化因子GE= 14/ 3000.可见,各变量只要乘上相应的量化因子,即可转化成在区间上变化的量。

  2. 2极大极小模糊控制器设计

  根据SRD现场调试经验,可确定一组控制规则。当e i n给定,要求转速降低,即占空比应减小,故输出U应下降;而当e i 及内,若越出约束区间,则令其为相应的区间边界值。这是必要的,因为系统运行实验表明,若按实际可能出现的e及e最大变化范围及确定量化因子( GE= 14/ 2e 1, GEC= 14/ 2e 1)。

  因量化因子小,在接近暂稳态时,分辨率差,系统性能不佳。因此,在参数固定的模糊控制系统程序设计中,应以一合适的小于实际变化范围的区间及来确定量化因子,即GE= 14/( 2e 0) , GEC= 14/ ( 2e 0) ,这样,为了使实际的e及e对应的模糊量不超出论域的范围,需对实际的e及e用约束条件加以判断、限幅。

  3量化因子及比例因子的调整

  量化因子GE、GEC及比例因子GU对SR电机模糊控制系统的动、静态性能有较大的影响,应当通过系统实际运行,权衡稳、快、准三方面的要求整定。

  3. 1偏差e量化因子GE的选取偏差e量化因子GE的大小本质上反映了控制系统对速度偏差的分辨率,影响系统的静态误差的动态调整时间。GE大,系统上升速率大,但GE过大,将使系统产生较大的超调,从而延长过渡过程。若GE很小,则系统上升较慢,快速性差; GE还直接影响系统的稳态品质。

  若设第k次执行速度环对应的速度偏差量化值为E( k) ,其精确量为e( k) ,则有E( k) = INT( GE e( k) + 0. 5)( 6)模糊控制系统的稳态过程可用下述模糊规则描述:若偏差为“零”,偏差变化为“零”,则控制增量为零。语言值“零”对应于一定的范围,当误差和误差变化都进入语言值“零”所对应的范围时,系统即进入稳态。由式( 6)可导出误差的稳态取值范围:GE e(∞) , GE取值大小对SR电机负载起动性能的影响如所示。图中三条曲线分别对应于GE = 0. 035, e约束区间为 ;GE= 0. 00875, e约束区间为 ; GE= 0. 0047, e约束区间为三种GE取值在给定速度800r/ min下的实测起动性能。

  GE取值对SR小电机起动性能的影响(速度给定800r / min, GU= 2, GE C= 0. 07)由可见, GE= 0. 035,系统超调小,稳态误差小,有较好的动、静态态能; GE= 0. 00875和GE = 0. 0047,过渡过程时间长,稳态精度很差,动、静态性能差。

  3. 2偏差变化量化因子GEC的选取GEC越大,系统输出变化率越小,系统变化越慢,过渡过程时间长;若GEC越小,则系统反应越快,但GEC取值过小易导致很大的超调和振荡,这同样使系统调节时间变长。

  在GU固定为2, GE固定为0. 0175, e约束区间为 , GEC取值大小对SR电机负载起动性能的影响如所示。图中3条曲线分别对应于GEC= 0. 14, e约束区间为 ;GEC= 0. 035, e约束区间为 ; GEC = 0. 00875, e约束区间为 3种GEC取值在给定速度800r/ min下的实测起动性能。

  GEC取值对SR电机起动性能的影响(速度给定800r/ min, GU= 2, GE = 0.0175)由可见, GEC取0. 14,系统超调很小,过渡过程较快,系统有较好的动、静态性能; GEC取0. 0875,系统超调很大, (高达25%)过渡过程很慢(约5 . 5s ) ,且有振荡,动态性能很差; GEC取0. 035的性能介于GEC取0. 14和GEC取0. 00875之间。实验表明, GEC取值不宜小于0. 035.

  3. 3控制输出比例因子GU的选取GU在系统响应的上升和稳定阶段有不同的影响。在上升阶段, GU取得越大,上升越快,但易导致超调。

  GU小,则系统的反应比较缓慢。在稳定阶段, GU过大亦会引起振荡。

  在GE固定为0. 0175, e约束区间为 ; GEC固定为0. 07, e约束区间为。图中三条曲线分别对应于GU= 1, GU = 4和GU = 10三种GU取值在给定速度800r/ min下的实测起动性能。可见, GU取10,系统初始上升很快,但有很大的超调和振荡,导致调节时间很长; GU取4或取1,系统超调较小,过渡过程较快。


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