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交流异步电力测功机测试系统的模糊PID控制
交流异步电力测功机测试系统的模糊PID控制
刘爱平陈鸿蔚
湘潭电杌股份有限公司,湖南湘潭,411101
摘要:交流异步电力测功机是对各种动力与传动机械进行性能测试的主要设备。广泛用于齿轮或液力变速器、
汽车分动箱、风机和水泵、发动机等装置转矩和输人、输出机械功率测试。本文首先闻述了交流异步电力测功机系统
的控制方法,针对传统PID控制器的不足,提出了基于模糊PID恒转速控铏器的交流异步电力测功机控制系统,并给
出了相关的实验结果。实验证明,该方法具有可行性,为转矩和输入、输出机械功率的测试提供了一种新的控制方法。
关键词:模糊控制PD控制交流异步电力测功机
1引言
2交流异步电力测功机调节过程分析
在动力机械的制造和应用行业中,动力机被如
交流异步电力测功机功率的测功范围要覆盖被
内燃机等的转速一扭矩等特性的测量,已日益显示测试设备的工作区域。以发动机合架实验系统为
出其重要性,并成为许多产品出厂试验的必要内例,根据国家标准,发动机性能测试中比较重要的是
容。交流异步电力测功机是对各种动力与传动机械负荷特性和速度特性。在负荷特性测试中,通常通
进行性能测试的主要设备。广泛用于齿轮或液力变过政变发动机的油门开度不变,然后测取发动机的
速器汽车分动箱、风机和水泵、发动机等装置转矩负荷等参数;在速度特性测试中,通常保持发动机油
和输人、输出机械功率测试。近年来,由于交流异步门开度固定,调整测功机的加载转矩来改变发动机
电力测功机具备结构简单,测功范围广等优点得到的转速,获取其有效功率、转矩等随转速変化的关
了广泛的应用。
系。下面分别就速度特性和负荷特性控制原理叙述
交流异步电力测功机系统应用于发动机性能测測如下。
试有多种,其中较为重要的有负荷特性和转速特2.1速度特性控制
性。由发动机测功试验规程可知:测功时,通常要求
在该控制方式下,测功机处于发电状态,油门给
在设定的某稳态工况下,即在某一稳定的转速或者定恒定。此时,设定转速n与当前转速采样值
负载转矩下测量其他一些参数。因此,测功电机转n(t)的差值eJt)即作为恒转速控制器的输入,控
速、转矩的控制技术是测功系统能否稳定运行的关制器输出量即为变频器的转矩给定量M。变频器
键
根据该给定量,将相应的电压,加至测功机,以调节
本文首先闻述了交流异步电力测功机系统的控发动机转速,构成转速的闭环控制。在实际的应用
制方法,针对传统PID控制器的不足,提出了基于模中,需要连续对多个油门开度下发动机的转速性能
糊PID恒转速控制器的交流异步电力测功机控制系进行测试,但是不管油门开度如何,控制算法始终依
统,并给出了相关的实验结果。
靠检测的反馈转速与给定转速的差值e,)来调节
电气牵引2012年第1期(总第123期)
测功机的转矩,使转速稳定在给定的转速值上,其控3.2模糊PID控制方法
制框图如图1所示。
为克服常规PID控制方法的缺点,本文将模糊
C
油门控器
控制和数字PID控制方法的优点结合起来,利用模
糊推理翔断的思想,对PID控制器的三个参数K
e.()、恒转速
挖制器
变器
交流
湖功机
数」K、K,进行在线调整,设计了调节能力更强的模糊
PID恒转速控制器,使系统始终运行在较优的工作状
()
转速反
僧号谓理
器
态。基于模糊PID的恒转速控制器结构见图2.17所示。
图1速度特性控制框图
d/dr
?模
2.2负荷特性控制
化|EC糊规则
交流异步电力测功机处于发电状态,变频器给
,的
模参数调节器
定量M为恒值。恒转速控制器依靠检测反馈的转
解模糊化
速与给定转速的差值e(t)输出油门给定电压4来
K。よK
调节油门的开度油门u。,使转速n(t)稳定在给定
e, (t)
PID控制器
的转速值上。负荷特性控制框图结构见图2。
图3基于模糊PID的恒转速控制器
e,()精速
图3中,基于模糊PID的恒转速控制器是在一个
油]控器
油
标准PD控制器的基础上,增加上一个模糊参数调节
皞托车发
器而形成的。PD控制器根据误差e.t)=nッ-n(4)
输入信号计算出控制量a(t),其三个参数K,K
转速反愤
信调
K,由模糊参数调节器输出。由于控制器的输出在
图2负荷特性控制框图
速度特性实验中是电磁转矩给定值,在负荷特性特
性中是油门开度控制信号。因此,对于发动机实验
3基于模糊PID的恒转速控制器设计
台架,实际上是有两个模糊PID恒转速控制器。
3.1传统PID控制方法
3.3模糊参数调节器的设计
从图1和图2中可以看出,恒转速控制器在交流
对参数K,K,K。进行在线整定的模糊参数调
异步电力测功机控制中起着关键作用。目前,绝大节器是模糊PD恒转速控制器的核心。模糊参数调
多数的交流异步电力测功机系统中恒转速控制器采节器采用二维输入,三维输出。输入是转速偏差
用传统的PID控制算法,其控制规律为
e()和转速偏差的变化ec(t),输出是PID控制器
u(の)=)+(?」
1)的三个参数K,K,K。e.)和ec(z)分别被模糊
化为E和EC。下面以速度特性模糊PID恒转速控
式中,(t)为控制器的输出信号,K,为比例制器为例说明模糊参数调节器的设计。
系数,Kr为积分时间常数,K。为微分时间常数。
选择转速偏差e)的绝对值小于300r/min,即
传统的PD控制算法有两个缺点:第一是K,偏差E的基本论域为[-300,300。将它量化在模
K,KD三个参数的整定比较困难,而参数整定的好糊论域-3,+3中,共分8个等级,即(-3,-2,-1,-0,+0
坏直接影响到系统的调节昂质和PID控制器的控制+1,+2,+)。在模糊论域上取语言值E的集合为
效果;第二是人,K,Kの参数一旦整定后,在整个调NB,NS,NZ,PZ,PS,PB。转速偏差变化ect)的
节过程中只能保持不变,在控制系统参数发生变化绝对值小于60,即EC的基本论域为[-60,6?,将其
时往往有着较差的调节性能。在交流异步电力测功量化在[-3,+3]中,共分7个等级,即{-3,-2,-1,0,
机系统中,测功电机和发动机都是参数时变、非线性+1,+2,+3}。在模糊论域上取语言值EC集合
的系统,导致系统各变量之间也是时变、非线性的关(NB,NS,20,PS,PB,为便于计算,本文采用了
系,因此采用常规PID控制很难达到理想的控制效角隶属函数。偏差和偏差变化的隶属函数如图4
果,
所