模糊控制算法在異步電機節電器中的運用分析

關寧　陽曉昱

摘要：近年來，我國工廠種類越來越多樣，電機應用范圍和應用率也在逐漸擴大和提高，為了最大限度的節省電能資源、優化電機使用性能，應用模糊控制算法于異步電機節電器中，能夠改變運行環境，同時，還會創新傳統電機結構。本文首先對電機節電器工作原理做了基本介紹，然后分析了模糊控制算法，最后進行了試驗運用分析。

關鍵詞：模糊控制算法；異步電機；節電器

傳統電動機已經不能更好的滿足電能節約需要，并且運行環境適應性相對較差，電機節電器是在傳統電機的基礎上進行升級和創新，節能效果顯著。應用模糊控制算法后，能夠降低運行故障，而且還會優化電機節電器應用效果，由此可見，本文針對這一論題展開分析，現實意義十分顯著。

1 電機節電器原理

電機即電能通過電磁感應定律完成基本的轉換和傳遞的設備裝置。電機效率公式為η=P2P1=1-∑PP1，其中P1、P2和∑P分別代表電機輸入功率、輸出功率和功率總損耗。據相關資料顯示，大部分異步電動機在實際運行的過程中經常處于空載狀態，并且電能資源在低效率影響下會相對降低。一旦輕載狀態長時間持續，P2會相應減少，機械設備損耗維持同一狀態；勵磁電流并未發生明顯變化，基于此，定子銅耗并未大幅度降低，此時電機功率卻相應下降。面對這種現狀，適當輸入電壓，則機械設備耗損值也會相應降低，能夠有效實現節能、效率提升的目的。因此，應用模糊控制算法這一有效措施調節電壓，同時，全面、及時監測電流值、電壓值以及功率因素，并根據模糊控制原則，準確測量晶閘管導通角，再次完成電壓適度調節工作，進而能夠促進異步定子穩定運行、提高運行效率[1]。

硬件電路：在原理分析的基礎上，如圖所示設計電機節電器。設備型號為AT89C51，調節系統由單片機組組成，所設計的硬件電路能夠實現特定時間段內電機模糊分析判斷、數據分析處理以及功率測定。

檢測后，能夠相應獲得電壓值、功率因素、電流值，以此完成有功功率計算活動。其中，電機電壓、工作效率要想有效穩定和提升，應對圖示各硬件組成步驟、遵循工作原理全面了解，進而能夠達到電能節約目標[2]。

功率因數檢測的過程中，定子相電壓信號會相繼發生變化，同時，觸發脈沖也會相繼產生。定時器啟動和閉合還應遵循電流運行情況，借助定時器數值能夠完成電壓值、功率因數計算，并且還會對電機起到良好的保護作用。

2 模糊控制算法基本介紹

2.1 模糊控制

了解模糊控制算法之前，應大致了解模糊控制技術。我國研究模糊控制技術與發達國家相比僅停留在較淺層面，并且研究時間較晚，這一技術主要以模糊語言變量、非清晰邏輯和集合論為應用理論基礎，并利用智能優勢完成自動控制工作，在非線性系統、繁瑣系統以及控制變性系統中具有適用性，并在不同類型工廠具有良好的應用效果、節能優勢顯著。模糊控制在異步電機節電器中的適用性較強，并且能夠實現良好的控制效果，其中模糊規則主要以實踐經驗為依據展開分析和判斷，對于復雜問題，常以專家決策的方式予以處理。異步電機節電器在模糊控制的作用下，需要全面監測控制特征，根據系統運行需要針對參數有效調節，以此實現參數合理協調、高效控制這一目標，同時，有利于異步電機節電器系統優化。模糊控制應用不足具體表現：

首先，運行期間會出現負荷多次變動現象，這在一定程度上會使系統出現運行故障，異步電機節電器整體工作效果在參量變動的影響下逐漸弱化，進而熱轉化功能作用會隨之下降，系統會消耗大量能源。然后，符合頻繁變化過程中，系統仍在規劃狀態下開啟工作模式，此時能耗量較多，能源浪費嚴重。最后，大功率設備的無限制應用，在限定狀態下快速運行，這不僅會破壞機械設備的完整性，而且還會增加設備運行故障，進而導致設備使用周期縮短。

2.2 模糊控制算法

即在分析實驗現象的基礎上，針對性處理實驗所得數據，基于此構建模糊性數學模型，數據元素能夠在隸屬關系作用下形成模糊集合，并明確隸屬函數，主要是對事物本身進行模糊性分析。具體工作步驟為：輸入量模糊化→構建模糊規則→形成模糊推理→輸出量反模糊[3]。

設計：異步電機具有較強的耦合性優勢，并且其與晶閘管具有非線性特點，利用數字模型并不能完成非線性時變關系顯示。其中，參數多變性、變量強耦合性的系統能夠借助模糊控制策略予以分析，這也為模糊控制算法提供了應用空間。設定負載率為M，公式表示為M=PPn，其中P和Pn分別代表實際輸出功率和額定功率。負載系數變化率用公式表示為dMdt=Mi-Mi-1Mi×100%，選擇輸出變量值為晶閘管導通角，基于此，完成模糊控制算法模型（二維）構建。其中，隸屬函數取值數量為七個，分別是正中、正大、正小、負中、負大、負小、零，分別用字母表示為PM、PS、PB、NM、NB、NS、ZE。模糊論域取值范圍在負6和正6之間，間隔單位為兩個，M實際范圍在0～1之間，Δm實際范圍在1～1之間，導通角范圍在0°～180°之間，模糊論域數值表達式為x* = x*max x*min xmax xmin x xmin + xmax 2，M、Δm和導通角的隸屬函數用梯形曲線表示，同時，構建模糊控制規則庫。利用已知公式確定模糊量值后應適當變換，即借助變換法獲取實際控制量，在此期間，利用加權平均法針對模糊量進行清晰化處理，這一過程即隸屬函數加權平均值確定的過程。其中，變換公式如x* = x*max x*min xmax xmin x xmin + xmax 2。

3 試驗運用分析

驗證節電器在電能節約方面的效果，應試建實驗平臺，通過模擬實驗的方式進行驗證。模擬實驗中三項電源電壓為375V，為了簡化測量流程，縮短測量時間，有針對性的測量三項功率，并對已獲取讀數進行乘3處理。模擬實驗中的空氣開關有兩個，其中，開關L1主要負責電源，L2主要負責旁路開關；電機為3.5極；額定功率為1.4KW。實驗電機改變負載的過程中，需要合理調節電位器H，同時，負載主要選用直流發電機[4]。

具體試驗過程：首先，閉合L1和L2，開啟異步電動機的同時，啟動直流發電機，針對電機設備進行轉速調節，使其盡可能的接近額定轉速，M負載系數分別取值0.124、0.24、0.376等值，輸入功率分別取值187.4、376、562.4等，針對設備所顯示數值應具體記錄。然后，閉合L1，斷開L2，電機設備操作同上述同理，即開啟異步電動機的同時，啟動直流發電機，額定轉速值盡可能的相近。針對已定數值0.124、0.24、0.376相應調節，測定輸出功率數值，其中，節電器增加與否的試驗結果表示如下表所示。

其中，節電率所應用的計算公式為β=P1-P2/P1。

從表中試驗結果顯示可知，節電器應用后能夠在電能節約方面起到良好的節能效果，并且節能變化會隨負載率而改變，二者的變化關系為：負載率越高，節能效果較差，反之，節能效果有效提升，應適當降低負載率，由此可見，二者成負相關，最高節電率應低于29%。這類產品積極研發，具有廣闊的發展空間和應用價值[5]。

4 結論

綜上所述，隨著異步電機節電器應用數量的不斷增多，再加上，我國大力倡導能源節約戰略，積極主動應用模糊控制算法于該設備，同時，做好硬件系統設計工作、選用適合機型的節電設備，通過試驗分析的方式進行節能效果對比。從模擬試驗數據顯示能夠看出，要想獲得良好的節電效果，應對節電率適當調節，以此達到電能節約、節電器性能優化這一目標。

參考文獻：

[1]何永勃，夏文卿，董玉珊.基于模糊自適應算法的異步電機矢量控制系統[N].中國民航大學學報，2017，01：4751.

[2]鄭鵬.異步電機矢量控制系統模糊PI控制器分析[J]. 科技傳播，2016，14：201202+250.

[3]高海燕，耿秀明，趙燕燕.基于Simulink電動輪車輛交流異步電機控制算法分析[J].機械設計與制造，2016，10：268272.

[4]張營，魯守銀.基于模糊控制算法的變電站巡檢機器人路徑規劃[J].制造業自動化，2015，11：5355.

[5]榮德生，劉鳳.自適應神經模糊算法在光伏MPPT中的仿真分析[J].微電子學與計算機，2016，05：9296.

作者簡介：關寧（1988），女，河南平頂山人，碩士，助教，自動化（電機與電器）。