異步電機軟啟動的模糊控制研究

戴璐平 (武漢工程大學電氣信息學院，湖北 武漢 430073)

異步電機軟啟動的模糊控制研究

戴璐平 (武漢工程大學電氣信息學院，湖北 武漢 430073)

異步電機作為重要的動力裝置被廣泛應用。分析了異步電機啟動特性,介紹了基于模糊控制的電機軟啟動電流控制原理，并利用Matlab仿真軟件進行仿真。仿真結果表明，對異步電機軟啟動模糊控制后，能夠有效地起到減小啟動電流、抑制沖擊轉矩的作用。

異步電機；模糊控制；軟啟動；啟動電流

異步電機具有結構簡單、價格低廉、堅固耐用和運行可靠等優點，在工業生產中得到了廣泛應用。電動機軟啟動器一般以大功率雙向晶閘管構成交流調壓電路,通過控制晶閘管的觸發角來調節晶閘管調壓電路的輸出電壓。然而，基于晶閘管調壓的軟啟動器在實際應用時，電機輕載軟啟動過程中，常常出現電流、電磁轉矩以及轉速的振蕩，最終對負載產生沖擊，從而對設備造成損壞[1]。針對上述情況，筆者利用模糊推理和模糊決策對異步電機啟動過程中的電流大小進行控制，實現了系統平穩啟動，從而有效解決電流振蕩問題。

1 異步電機軟啟動模糊控制策略

1.1模糊控制原理

圖1 異步電機軟啟動模糊控制原理圖

模糊控制作為一種語言控制器，主要模仿人的控制經驗，其特性是對過程參數變化不太敏感，能克服非線性、時變和純滯后因素的影響，具有很強的魯棒性[2-3]。異步電機啟動過程是非線性時變系統，模糊控制作為智能控制的一種，適用于異步電機的軟啟動過程。異步電機軟啟動模糊控制原理圖如圖1所示。

圖2 模糊控制器構成圖

由于異步電機起動過程中反饋電流與晶閘管觸發角之間沒有精確的數學模型，采用的模糊控制方法選取起動電流偏差e和偏差變化率Δe作為模糊控制器的輸入量，e和Δe均為精確的輸入值，晶閘管觸發角的變化值μ(x)作為輸出量?？刂七^程中由模糊控制器對輸入量模糊化、模糊推理后得到輸出控制量，從而控制三相異步電動機晶閘管的觸發角，最終改變三相異步電動機的輸入電壓以實現軟起動[4-5](見圖2)。

1.2限流模糊控制

圖3 電流偏差三角型隸屬函數圖

從理論上講，模糊控制量劃分的狀態維數越高，控制越精細。但是維數越高，控制規則將變得越復雜，控制算法的實現也變的十分困難[6-7]。但如果將模糊控制量的狀態維數劃分太小，則在調節過程中容

易出現振蕩和調節“死區”。為了避免電動機起動電流產生較大波動，同時考慮到實際應用中異步電機調節所能達到的靈敏度，e、Δe和μ(x)均采用三角型隸屬度函數，為其選取7個語言集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}表示{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}。各值論域如下:e的基本論域為[-6，+6]； Δe的基本論域為[-0.6，+0.6]；μ(x)的基本論域為[-1，1]。電流偏差三角型隸屬函數曲線圖如圖3所示。

1.3模糊控制規則

由于每個輸入變量有7個模糊子集，所以共有49條模糊推理規則?？刂埔巹t總模糊關系如下：

R=R1∪R2∪ …∪R49R1=[(NB)e×(NB)Δe]T×(PB)u

R2=[(NM)e×(NB)Δe]T×(PB)u……R49=[(PB)e×(PB)Δe]T×(NB)u

模糊控制規則表如表1所示。

表1 模糊控制規則表

1.4模糊推理及去模糊化

依據模糊推理合成規則，則輸出語言變量論域上的模糊子集有:

u=(e×Δe)oR(o為合成運算)

對模糊子集去模糊化,就可判決出一個精確的控制量。筆者用加權平均法對其進行判決：

式中，μu(ui)為輸出模糊集合u的隸屬度；ui為論域U={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6,+7}中的元素。

2 仿真試驗

為了驗證異步電機軟啟動模糊控制策略的有效性，進行相關仿真試驗。異步電機相關參數如下：額定功率為2.2kW，額定電壓為220V，定子電阻為0.457 Ω，定子電感為2mH，轉子電阻為0.815Ω，轉子電感為2mH，互感為69.36mH。異步電機軟啟動時的轉速、轉矩、電流變化的仿真曲線圖如圖4所示。由圖4可知，異步電機啟動過程中電機轉速基本呈線性上升(見圖4(a))，電磁轉矩隨著晶閘管導通角的增大，迅速趨于平穩(見圖4(b))，電機電流基本保持在設定值附近，恒流控制效果良好，當交流電機啟動完成后，電機電流回落到12A附近，電機進入穩定工作狀態(見圖4(c))。因此，對異步電機軟啟動模糊控制后，能夠有效起到減小啟動電流、抑制沖擊轉矩的作用。

圖4 仿真曲線圖

3 結語

將模糊控制策略應用到電動機軟啟動器的設計中，使控制器智能化，增強了系統魯棒性，從而解決電動機啟、停過程中電流、轉矩對電機本身的機械沖擊及對電網的負面影響等問題。仿真結果表明,該模糊控制策略具有較好的運行效果，能夠有效起到減小啟動電流、抑制沖擊轉矩的作用。

[1]劉紅櫻.異步電機軟啟動器設計[J].機電工程, 2007,24(3): 74-76.

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[編輯] 李啟棟

TM342

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1673-1409(2013)22-0068-02

2013-05-15

戴璐平(1969-)，女，碩士，講師，現主要從事自動控制方面的教學與研究工作。