电阻型电机的模拟设施设计分析

发布时间：2013-09-02

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。

　　2SR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=ei-ei-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=14b-a（x-a+b2）（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ein给定，要求转速降低，即占空比应减小，故输出U应下降；而当ei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=14/2e1，GEC=14/2e1）。

　　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/（2e0），GEC=14/（2e0），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（GEe（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：GEe（∞），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，GEC=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。