單相串激電機轉速的新型控制系統
朱蓉蓉 崔 巍 張文修 (西安理工大學710048)
張 欣 駱 勇 (86509部隊技術部)
1引言
某生產機械需要將溶液邊加熱邊攪拌，一次加工周期為數小時，要求轉速在200～1 200r/min范圍內連續可調，在一個周期內速度變化希望按圖1所示曲線進行，轉速穩態誤差不大于給定值的百分之5。
原采用d-40-ii型電動攪拌機，存在問題是，①要實現圖1所示速度曲線必須用人工手動操作進行加減速控制。②在達到了連續工作的穩定速度以后，速度卻經常波動，有時會自動停下來，有時又會“飛車”，超過****容許速度將溶液攪灑。無法保證加工質量，并大大增加了操作人員勞動強度。究其原因是這種攪伴機采用的是單機串激式電動機、串聯可變電抗的開環調速方式，串激電機在調壓調速時的機械特性如圖2所示。
機械特性很軟，速度很容易受負載變化（加熱后溶液粘度的變化等）、電源電壓波動等的影響，因此要實現穩定的調速，這種電機采用開環的調速方式幾乎是不可能的，必須采用反饋控制。因這種電機轉矩電流與激磁電流是同一個，而磁通與電流的關系還經常進入非線性區，再加上溶液與溫度的關系籌使系統存在多種非線性與時變的特點，因此采用以經典控制理論為基礎的pid控制方式很難獲得好的效果。以狀態變量描述為基礎的現代控制理可以解決非線性、時變等問題，但由于控制對象——串激電機及溶液攪拌器的控制過程變量多，各變量之間還有交叉耦合、非線性的存在，很難找到精確的數學模型，因此以控制對象的數學模型以及給定的性能指標為基礎去選擇適當的控制規律這一套經典控制理論或現代控制理論設計控制系統的過程同樣無法實現。而屬于智能控制范疇的模糊控制則比較適合這種系統，它本身是一種非線性控制，且并不一定要求控制對象精確的數學模型，對于一些對控制精度和快速性要求都不太高的場合，模糊控制是合適的。
2 串激電動機轉速模糊控制原理
模糊控制同樣是遵循反饋控制思想的，它的控制規則可以用語言加以描述，由一系列帶有模糊性的條件語句組成，例如對控制對象的狀態是否符合預期效果，可以用是否“有偏差”、“偏差大”、“偏差小”、“正偏差”、“負偏差”等模糊語言描述，根據這些模糊量化了的偏差值，由作用相似于人的大腦的模糊控制器進行決策，輸．出一個適當的模糊控制量去糾正控制對象出現的偏差。這種控制屬于計算機數字控制的一種形式，模糊控制器實際上是一臺微型計算機。
串激電機轉速的模糊控制，采用二維的單輸入單輸出的模糊控制器，輸入為轉速的誤差及轉速誤差的變化率，輸出變量調節串激電機的電壓，一步模糊控制的算法過程是，微機中斷采用獲取電機轉速和轉速變化率，將轉速與給定值進行比較，得到轉速誤差e及轉速變化率ce，這兩個量作為模糊控制器的輸入量，經模糊量化后變成可用模糊語言表示的模糊量，再由模糊控制關系（規則）根據推理合成，進行模糊決策，得到模糊控制輸出變量u，最后將u轉換成精確量，經數模轉換后交成模擬量電壓“去調節串激電機的電壓，以減少轉速誤差，這就完成了對串激電機轉速的一步模糊控制，然后中斷等待第二次采樣、進行第二步控制……，這樣循環下去，直至消除轉速的偏差。
其原理控制框圖如圖3所示。
在本系統中，轉速偏差輸入變量e，轉速偏差變化率輸入變量ce及輸出控制變量y的語言值的模糊子集為：
轉速偏差e的論域為x、轉速偏差變化率ce的論域為x，輸出控制量y的論域為，并將其大小量化為5個等級，分別為：
-3, -1, 0， +1， +3
選擇語言變量的隸屬函數曲線為矩形分布，如圖4所示。
根據模糊控制規則進行決策，將控制關系表格化，即為模糊控制狀態表（見表1）。
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