一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統技術方案

一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統，包括勵磁功率單元、自整定模糊控制單元、PID調節器、電壓檢測單元。通過電壓檢測單元實時檢測同步電機的電壓與整定的數值相比較，然后運用自整定模糊控制算法對輸入的偏差e(t)和偏差率ec(t)來進行模糊規則運算，從而得到并輸出三個參數比例系數K

A synchronous motor excitation control system based on self-tuning fuzzy PID control

A synchronous motor excitation control system based on self-tuning fuzzy PID control, including excitation power unit, self-tuning fuzzy control unit, PID regulator and voltage detection unit. By the comparison of real-time detection of voltage detecting unit voltage of synchronous motor and setting value, and then use the self-tuning fuzzy control algorithm of deviation of the input e (T) EC (T) and the rate of deviation of fuzzy rules of operation, to obtain and output three parameters of proportional coefficient K

【技術實現步驟摘要】
一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統
本專利技術一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統，用來對同步電機的勵磁系統進行調整控制。
技術介紹
同步電動機因為它的勵磁電流和勵磁電壓的自動調節性能，在工業上被廣泛使用。它可以通過自身勵磁系統的調節功能，使電動機在最佳的功率因數下運行。PID控制器因為其結構簡單、魯棒性良好、易操作、控制精度高的優點，能夠滿足大部分的工業上的需求。但是隨著電力產業的不斷發展，對控制器的要求也在不斷地提高，電力系統的電壓及電流的復雜程度也在同步上升。傳統的PID控制器已經無法滿足現在的電網和電動機對調節器的要求了，因此才產生了模糊控制器的研究。模糊控制理論是建立在模糊數學(Fuzzy數學)基礎上的一種控制理論，它是將精確的輸入量如：電流、電壓等精確量通過模糊方法模糊化成模糊量，然后再通過模糊語言來進行表達和運算，然后通過解模糊化來輸出精確量。這樣的方法可以不管輸入對象的模型和數據的復雜程度，因此可以很好的解決傳統PID控制器上對非線性、時變性等輸入量十分困難的問題。
技術實現思路
本專利技術提供一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統，將自整定算法與模糊PID控制器相結合，運用到同步電機的勵磁控制系統之中，控制精度高、魯棒性好、具有廣泛的通用性；滿足了現在工業上對同步電機勵磁系統的要求，提高了同步電機的功率因數。本專利技術采取的技術方案為：一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統，包括勵磁功率單元、自整定模糊控制單元、PID調節器、電壓檢測單元。通過電壓檢測單元實時檢測同步電機的電壓與整定的數值相比較，然后運用自整定模糊控制算法對輸入的偏差e(t)和偏差率ec(t)來進行模糊規則運算，從而得到并輸出三個參數比例系數KP、積分系數KI、微分系數KD，然后PID調節器根據這些系數來勵磁功率單元的勵磁電壓，從而實現對發電機功率因數的實時調整。一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統，PID調節器接入同步電機的勵磁系統中組成一套閉環系統，然后按照下述步驟實現實時調整：步驟1：按照要求設定模糊子集、模糊論域、隸屬函數和模糊規則；步驟2：給勵磁功率單元通電，使其有一個初始的勵磁電壓供給同步電動機；步驟3：電壓檢測單元檢測通電后同步電動機的實際電壓標準值，得到輸入參數e(t)和ec(t)，輸入給自整定模糊控制單元；步驟4：把輸入參數e(t)和ec(t)按照步驟1設定的規則進行模糊化處理；步驟5：通過步驟1中設定的模糊規則表，經過模糊推理得到△KP、△KI和△KD的模糊論域，△KP的具體模糊規則見表1，△KI的具體模糊規則見表2，△KD的具體模糊規則見表3；步驟6：把步驟5中得到的△KP、△KI和△KD的模糊論域中的結果，通過反模糊化處理7后得到精確值，然后通過運算得到輸出的KP，KI，KD的精確值輸出給PID調節器；步驟7：PID調節器根據輸入的KP，KI，KD調節勵磁功率單元，改變勵磁電壓的大小，改變同步電動機的功率因數；步驟8：重復步驟3，使整個過程構成一個完整的反饋循環。步驟1中的設定方法為△KP、△KI、△KD、e(t)、ec(t)的模糊子集都為{NB(負大)，NM(負中),NS(負小),Z(零),PS(正小),PM(正中),PB(正大)}；e(t)和ec(t)的基本論域為{-6，-4，-2,0,2,4,6}；△KP、△KI和△KD的基本論域為{-0.6，-0.4，-0.2,0,0.2,0.4,0.6}。步驟5中的模糊規則表，闡述為：當|e(t)|較大時，如果ec(t)為正，此時偏差較大且在向著更大的方向發展需要讓偏差快速變小需要減小KP，加大KI，適當地增加KD；如果ec(t)為負，此時偏差正向著小的方向發展，那么可以保持KP，KI，KD不變或者略微地減小KP，增大KI和KD；當|e(t)|不太大的時候，如果ec(t)為正，此時偏差不大但卻在向著更大的方向發展，則需要讓偏差慢慢變小需要適當減小KP，適當地增加KI和KD；如果ec(t)為負，此時偏差正向著小的方向發展，那么可以保持KP，KI，KD不變，但是為了防止超調可以適當減小KD；當|e(t)|為零時候，則保持KP，KI，KD基本不變，為了防止超調可以適當減小KD。本專利技術一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統，優點在于：本專利技術讓整個同步電動機的勵磁系統構成了動態平衡，時刻調整同步電機的功率因數，讓電機的功率因數時刻保持最優數值。采用自整定模糊PID控制器與傳統的PID控制器比較，實時調整的速度更快，抗干擾能力更強，也更能應對更多的情況。附圖說明圖1為本專利技術自整定模糊PID控制的同步電機勵磁系統圖。圖2為本專利技術自整定模糊PID控制的流程圖。具體實施方式一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統，包括勵磁功率單元1、自整定模糊控制單元4、PID調節器8、電壓檢測單元9。勵磁功率單元1主要參與調解同步電機的勵磁電壓。同步電動機2主要通過勵磁電壓的調節來時間功率因數的改變，功率因數改變之后會通過電壓檢測單元9來測量反饋來的精確電壓值，然后通過自整定模糊控制單元4來求解出比例系數KP、積分系數KI、微分系數KD等控制變量。這其中又包含著模糊化處理5、以自整定算法為基礎的模糊推理6和反模糊化處理7來輸出新的比例KP、積分KI、微分KD等控制變量。這些變量通過PID調節器8輸出給勵磁功率單元1，來實現對勵磁電壓的再一次優化調整，這整個過程構成了一個勵磁系統的反饋優化。這是一個動態的調整過程，在同步電動機2連接在電力系統3的同時，勵磁系統的調節會一直存在，共同實現了對同步電機動態、靜態平衡調節，提高了電機的功率因數，達到了節約電能的目的。通過電壓檢測單元9實時檢測同步電機的電壓與整定的數值相比較，然后運用自整定模糊控制算法對輸入的偏差e(t)和偏差率ec(t)來進行模糊規則運算，從而得到并輸出三個參數比例系數KP、積分系數KI、微分系數KD，然后PID調節器8根據這些系數來勵磁功率單元1的勵磁電壓，從而實現對發電機功率因數的實時調整。本專利技術首先通電，通過勵磁功率單元1給定的勵磁電壓讓同步電動機2運行，然后通過電壓檢測單元9檢測出此時的勵磁電壓的精確數值記作Ui和比例(KP)、積分(KI)、微分(KD)等控制變量。然后用電壓的精確值Ui與給定值Us相減得到偏差e(t)＝Us-Ui，同時還需要計算偏差率由偏差e(t)和偏差率ec(t)構成自整定模糊控制環節(4)中的輸入環節。通過自整定模糊控制單元4求解出△KP、△KI、△KD，計算輸出KP、KI、KD。具體操作是：把各變量通過模糊化處理5模糊化，建立模糊集{NB(負大)，NM(負中),NS(負小),Z(零),PS(正小),PM(正中),PB(正大)}和各個變量的模糊域，選取三角形分布的隸屬函數。然后在模糊推理6中設定自整定模糊規則，并利用相關算式推理求解出△KP、△KI、△KD，控制規則為：當偏差值正大且變化率為正的時候，則需要減小比例積分環節，增大微分和積分環節來達到快速減小偏差使電壓達到整定值；如果偏差正大且變化率為負的時候，則需要降低所有控制環節的作用，讓電壓達到整定值而不會超調；如果偏差正中且變化率為正的時候，則需要減小本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統，其特征在于：包括勵磁功率單元(1)、自整定模糊控制單元(4)、PID調節器(8)、電壓檢測單元(9)；通過電壓檢測單元(9)實時檢測同步電機的電壓與整定的數值相比較，然后運用自整定模糊控制算法對輸入的偏差e(t)和偏差率ec(t)來進行模糊規則運算，從而得到并輸出三個參數比例系數K

【技術特征摘要】
1.一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統，其特征在于：包括勵磁功率單元(1)、自整定模糊控制單元(4)、PID調節器(8)、電壓檢測單元(9)；通過電壓檢測單元(9)實時檢測同步電機的電壓與整定的數值相比較，然后運用自整定模糊控制算法對輸入的偏差e(t)和偏差率ec(t)來進行模糊規則運算，從而得到并輸出三個參數比例系數KP、積分系數KI、微分系數KD，然后PID調節器(8)根據這些系數來勵磁功率單元(1)的勵磁電壓，從而實現對發電機功率因數的實時調整。2.一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統，其特征在于：PID調節器(8)接入同步電機的勵磁系統中組成一套閉環系統，然后按照下述步驟實現實時調整：步驟1：按照要求設定模糊子集、模糊論域、隸屬函數和模糊規則；步驟2：給勵磁功率單元(1)通電，使其有一個初始的勵磁電壓供給同步電動機(2)；步驟3：電壓檢測單元(9)檢測通電后同步電動機(2)的實際電壓標準值，得到輸入參數e(t)和ec(t)，輸入給自整定模糊控制單元(4)；步驟4：把輸入參數e(t)和ec(t)按照步驟1設定的規則進行模糊化處理(5)；步驟5：通過步驟1中設定的模糊規則表，經過模糊推理(6)得到△KP、△KI和△KD的模糊論域；步驟6：把步驟5中得到的△KP、△KI和△KD的模糊論域中的結果，通過反模糊化處理(7)后得到精確值，然后通過運算得到輸出的KP，KI，KD的精確值輸出給PID調節器(8)；步驟7：PID調節器(8)根據輸入的KP，KI，KD調節勵磁功率單元(1)，改變勵磁電壓的大小，改變同步電動機(2)的功率因數；步驟8：重復步驟3，使整個過程構成一個完整的反饋循環。3.根據權利要求1所述一種基于自整定模糊PID控制的同步電機勵磁控制系統，其特征在于：步驟1中的設定方法為△KP、△KI、△KD、e(t)、ec(t)的模糊子集都為{NB(負大)，NM(負中),NS(負小),Z(零),PS(正小),PM(正中),PB(正大)}；e(t)和ec(t)的基本論域為{-6，-4，-2,0,2,4,6}；△KP、△KI和△KD的基本論域為{-0.6，-0.4，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳博，張智，邱天怡，施夢奇，方豆豆，
申請(專利權)人：三峽大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42