梯形、钟形、高斯型等应用较普遍。在选择隶属函数时,远离系统平衡点,偏差较大时选用分辨率低的隶属函数,接近平衡点,偏差较小时选用高分辨率隶属函数。一般隶属函数越陡峭分辨率越高,控制灵敏度增高,输出越不平滑[6]。 针对模糊PI控制输入输出的要求,为模糊模型的输入输出选择不同的隶属函数。输入要求映射结果平滑,细化模糊推理,选择高斯型隶属函数;输出要求响应快、分辨率高,选择三角形隶属函数。输入量E和EC的隶属函数如图6(a)所示。同理,输出量kp和ki的隶属函数分别如图6(b)和(c)所示,其论域范围分别为[-1,1]和[-0.1,0.1],此范围由PI控制的初始参数Kp*和Ki*来确定。 3.2.2 模糊控制规则形成和推理
模糊控制规则建立输入输出量的关系,一般是基于专家或操作人员长期积累的经验,按照人的直觉推理语言来表示。本文建立了模糊控制规则表来描述E、EC和kp、ki的关系,如表2和表3所示。
3.2.3 模糊输出量的解模糊判决
经过模糊推理得到的控制变量是模糊量,不能直接作为控制输出,需要将其转换为精确量,这个过程就是模糊输出量的解模糊判决。本文采用Mamdani推理方法,即加权平均法,在Matlab模糊工具箱中建立模糊模型时即可方便选取此方法。
按照上述的模糊推理理论,在Matlab/Simulink环境下建立模糊PI控制模块,如图7所示。图中ke和kec分别为e和ec的量化因数, dkup、dkui分别为PI控制初始参数Kp*、Ki*的变化范围。这样,实时修正的模糊PI控制参数计算如下[7]:
Kp=Kp*+kp*0.2(1) Ki=Ki*+ki*0.2(2)
4 Matlab/Simulink仿真结果与分析
基于上述建立的Matlab/Simulink模型,对模糊PI和常规PI控制算法进行仿真实验验证。仿真模型具体参数设置如表4所示。
从图8可看出,A相绕组电流随着转速和扭矩的突变,模糊PI的电流变化比常规PI更加平缓,意味着电机的输出扭矩变化也会比较平缓,这正好验证了图9的电机输出扭矩。 图9中,模糊PI的起动扭矩较大,零负载时扭矩波动较小,当转速突变时扭矩迅速变化,当负载突变时,输出扭矩平滑过度,综合来看,模糊PI的起动性能和动态性能都有一定优势。
图10显示了模糊PI和常规PI控制的转速变化,模糊PI的响应速度快,在起动和转速突变时仅用0.5s就趋于稳定,且超调量为0,而常规PI要用0.8s趋于稳定,超调量为2%。 综上所述,模糊PI控制器对PI参数的实时调整,有效
地提高了调速系统的稳态和动态性能,系统误差减小,转速和转矩波动减小,响应速度加快,验证了模糊PI控制器的有效性。 5 结束语
本文基于Ansoft/Rmxprt进行有限元分析得到了实物开关磁阻电机的磁链非线性数据,以此为依据在
Matlab/Simulink中建立了精确的电机本体数学模型,然后设计了模糊PI控制调速系统,进行了仿真实验验证。仿真结果表明,建立的电机本体数学模型是合理有效的,模糊PI控制器对SRM非线性系统具有较强的自适应性,并能显著提升电机调速系统的稳态和动态性能,达到了较理想的控制效果,为下一步设计电机调速硬件系统提供了必要的理论基础。 参考文献:
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