一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统技术方案

一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统，包括励磁功率单元、自整定模糊控制单元、PID调节器、电压检测单元。通过电压检测单元实时检测同步电机的电压与整定的数值相比较，然后运用自整定模糊控制算法对输入的偏差e(t)和偏差率ec(t)来进行模糊规则运算，从而得到并输出三个参数比例系数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

【技术实现步骤摘要】
一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统
本专利技术一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统，用来对同步电机的励磁系统进行调整控制。
技术介绍
同步电动机因为它的励磁电流和励磁电压的自动调节性能，在工业上被广泛使用。它可以通过自身励磁系统的调节功能，使电动机在最佳的功率因数下运行。PID控制器因为其结构简单、鲁棒性良好、易操作、控制精度高的优点，能够满足大部分的工业上的需求。但是随着电力产业的不断发展，对控制器的要求也在不断地提高，电力系统的电压及电流的复杂程度也在同步上升。传统的PID控制器已经无法满足现在的电网和电动机对调节器的要求了，因此才产生了模糊控制器的研究。模糊控制理论是建立在模糊数学(Fuzzy数学)基础上的一种控制理论，它是将精确的输入量如：电流、电压等精确量通过模糊方法模糊化成模糊量，然后再通过模糊语言来进行表达和运算，然后通过解模糊化来输出精确量。这样的方法可以不管输入对象的模型和数据的复杂程度，因此可以很好的解决传统PID控制器上对非线性、时变性等输入量十分困难的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统，将自整定算法与模糊PID控制器相结合，运用到同步电机的励磁控制系统之中，控制精度高、鲁棒性好、具有广泛的通用性；满足了现在工业上对同步电机励磁系统的要求，提高了同步电机的功率因数。本专利技术采取的技术方案为：一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统，包括励磁功率单元、自整定模糊控制单元、PID调节器、电压检测单元。通过电压检测单元实时检测同步电机的电压与整定的数值相比较，然后运用自整定模糊控制算法对输入的偏差e(t)和偏差率ec(t)来进行模糊规则运算，从而得到并输出三个参数比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD，然后PID调节器根据这些系数来励磁功率单元的励磁电压，从而实现对发电机功率因数的实时调整。一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统，PID调节器接入同步电机的励磁系统中组成一套闭环系统，然后按照下述步骤实现实时调整：步骤1：按照要求设定模糊子集、模糊论域、隶属函数和模糊规则；步骤2：给励磁功率单元通电，使其有一个初始的励磁电压供给同步电动机；步骤3：电压检测单元检测通电后同步电动机的实际电压标准值，得到输入参数e(t)和ec(t)，输入给自整定模糊控制单元；步骤4：把输入参数e(t)和ec(t)按照步骤1设定的规则进行模糊化处理；步骤5：通过步骤1中设定的模糊规则表，经过模糊推理得到△KP、△KI和△KD的模糊论域，△KP的具体模糊规则见表1，△KI的具体模糊规则见表2，△KD的具体模糊规则见表3；步骤6：把步骤5中得到的△KP、△KI和△KD的模糊论域中的结果，通过反模糊化处理7后得到精确值，然后通过运算得到输出的KP，KI，KD的精确值输出给PID调节器；步骤7：PID调节器根据输入的KP，KI，KD调节励磁功率单元，改变励磁电压的大小，改变同步电动机的功率因数；步骤8：重复步骤3，使整个过程构成一个完整的反馈循环。步骤1中的设定方法为△KP、△KI、△KD、e(t)、ec(t)的模糊子集都为{NB(负大)，NM(负中),NS(负小),Z(零),PS(正小),PM(正中),PB(正大)}；e(t)和ec(t)的基本论域为{-6，-4，-2,0,2,4,6}；△KP、△KI和△KD的基本论域为{-0.6，-0.4，-0.2,0,0.2,0.4,0.6}。步骤5中的模糊规则表，阐述为：当|e(t)|较大时，如果ec(t)为正，此时偏差较大且在向着更大的方向发展需要让偏差快速变小需要减小KP，加大KI，适当地增加KD；如果ec(t)为负，此时偏差正向着小的方向发展，那么可以保持KP，KI，KD不变或者略微地减小KP，增大KI和KD；当|e(t)|不太大的时候，如果ec(t)为正，此时偏差不大但却在向着更大的方向发展，则需要让偏差慢慢变小需要适当减小KP，适当地增加KI和KD；如果ec(t)为负，此时偏差正向着小的方向发展，那么可以保持KP，KI，KD不变，但是为了防止超调可以适当减小KD；当|e(t)|为零时候，则保持KP，KI，KD基本不变，为了防止超调可以适当减小KD。本专利技术一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统，优点在于：本专利技术让整个同步电动机的励磁系统构成了动态平衡，时刻调整同步电机的功率因数，让电机的功率因数时刻保持最优数值。采用自整定模糊PID控制器与传统的PID控制器比较，实时调整的速度更快，抗干扰能力更强，也更能应对更多的情况。附图说明图1为本专利技术自整定模糊PID控制的同步电机励磁系统图。图2为本专利技术自整定模糊PID控制的流程图。具体实施方式一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统，包括励磁功率单元1、自整定模糊控制单元4、PID调节器8、电压检测单元9。励磁功率单元1主要参与调解同步电机的励磁电压。同步电动机2主要通过励磁电压的调节来时间功率因数的改变，功率因数改变之后会通过电压检测单元9来测量反馈来的精确电压值，然后通过自整定模糊控制单元4来求解出比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD等控制变量。这其中又包含着模糊化处理5、以自整定算法为基础的模糊推理6和反模糊化处理7来输出新的比例KP、积分KI、微分KD等控制变量。这些变量通过PID调节器8输出给励磁功率单元1，来实现对励磁电压的再一次优化调整，这整个过程构成了一个励磁系统的反馈优化。这是一个动态的调整过程，在同步电动机2连接在电力系统3的同时，励磁系统的调节会一直存在，共同实现了对同步电机动态、静态平衡调节，提高了电机的功率因数，达到了节约电能的目的。通过电压检测单元9实时检测同步电机的电压与整定的数值相比较，然后运用自整定模糊控制算法对输入的偏差e(t)和偏差率ec(t)来进行模糊规则运算，从而得到并输出三个参数比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD，然后PID调节器8根据这些系数来励磁功率单元1的励磁电压，从而实现对发电机功率因数的实时调整。本专利技术首先通电，通过励磁功率单元1给定的励磁电压让同步电动机2运行，然后通过电压检测单元9检测出此时的励磁电压的精确数值记作Ui和比例(KP)、积分(KI)、微分(KD)等控制变量。然后用电压的精确值Ui与给定值Us相减得到偏差e(t)＝Us-Ui，同时还需要计算偏差率由偏差e(t)和偏差率ec(t)构成自整定模糊控制环节(4)中的输入环节。通过自整定模糊控制单元4求解出△KP、△KI、△KD，计算输出KP、KI、KD。具体操作是：把各变量通过模糊化处理5模糊化，建立模糊集{NB(负大)，NM(负中),NS(负小),Z(零),PS(正小),PM(正中),PB(正大)}和各个变量的模糊域，选取三角形分布的隶属函数。然后在模糊推理6中设定自整定模糊规则，并利用相关算式推理求解出△KP、△KI、△KD，控制规则为：当偏差值正大且变化率为正的时候，则需要减小比例积分环节，增大微分和积分环节来达到快速减小偏差使电压达到整定值；如果偏差正大且变化率为负的时候，则需要降低所有控制环节的作用，让电压达到整定值而不会超调；如果偏差正中且变化率为正的时候，则需要减小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统，其特征在于：包括励磁功率单元(1)、自整定模糊控制单元(4)、PID调节器(8)、电压检测单元(9)；通过电压检测单元(9)实时检测同步电机的电压与整定的数值相比较，然后运用自整定模糊控制算法对输入的偏差e(t)和偏差率ec(t)来进行模糊规则运算，从而得到并输出三个参数比例系数K

【技术特征摘要】
1.一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统，其特征在于：包括励磁功率单元(1)、自整定模糊控制单元(4)、PID调节器(8)、电压检测单元(9)；通过电压检测单元(9)实时检测同步电机的电压与整定的数值相比较，然后运用自整定模糊控制算法对输入的偏差e(t)和偏差率ec(t)来进行模糊规则运算，从而得到并输出三个参数比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD，然后PID调节器(8)根据这些系数来励磁功率单元(1)的励磁电压，从而实现对发电机功率因数的实时调整。2.一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统，其特征在于：PID调节器(8)接入同步电机的励磁系统中组成一套闭环系统，然后按照下述步骤实现实时调整：步骤1：按照要求设定模糊子集、模糊论域、隶属函数和模糊规则；步骤2：给励磁功率单元(1)通电，使其有一个初始的励磁电压供给同步电动机(2)；步骤3：电压检测单元(9)检测通电后同步电动机(2)的实际电压标准值，得到输入参数e(t)和ec(t)，输入给自整定模糊控制单元(4)；步骤4：把输入参数e(t)和ec(t)按照步骤1设定的规则进行模糊化处理(5)；步骤5：通过步骤1中设定的模糊规则表，经过模糊推理(6)得到△KP、△KI和△KD的模糊论域；步骤6：把步骤5中得到的△KP、△KI和△KD的模糊论域中的结果，通过反模糊化处理(7)后得到精确值，然后通过运算得到输出的KP，KI，KD的精确值输出给PID调节器(8)；步骤7：PID调节器(8)根据输入的KP，KI，KD调节励磁功率单元(1)，改变励磁电压的大小，改变同步电动机(2)的功率因数；步骤8：重复步骤3，使整个过程构成一个完整的反馈循环。3.根据权利要求1所述一种基于自整定模糊PID控制的同步电机励磁控制系统，其特征在于：步骤1中的设定方法为△KP、△KI、△KD、e(t)、ec(t)的模糊子集都为{NB(负大)，NM(负中),NS(负小),Z(零),PS(正小),PM(正中),PB(正大)}；e(t)和ec(t)的基本论域为{-6，-4，-2,0,2,4,6}；△KP、△KI和△KD的基本论域为{-0.6，-0.4，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈博，张智，邱天怡，施梦奇，方豆豆，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42