·450· 智能系统学报 第8卷 在线调节PI参数时，其主要在环境发生变化时 表2△K控制规则表 起作用，如突加突减负载、突然加减速等以阶跃给 Table 2 Control rules of AK, 定为例（图6），其中e和e.的变化主要有4个阶段： △K NB e e.= e= e。=e,=e.= e= NM NB NM NS 2 PS PM PB NS NB NB NM NS NS NS NM NB NM PB PM PS PS NS NM NB PS PM D NS PB PM Ns NM NB PBA Z Z Z Z Z Z PS NB PS PS PM PB t/s PM NB NM NS PS PS PM PB 图6阶跃响应曲线 PB NB NM NS NS NS NM NB Fig.6 Step response curve 1)0A段：此时e>0,e,>0,误差e有减小的趋 模糊控制器中的量化因子和比例因子根据控制 势，e在PB区内时，需增大K,减小K;在PM、PS 系统所需达到的精度设定假定控制系统需要达到 区内时，为了减小超调量，需减小K,适量增大K: 的精度为σ(AD采样值)，则量化因子可选为1/σ， 在Z区内时，保持K。K不变 比例因子可选为σ 2)AB段：此时e<0,e.>0,误差e有增大的趋 2实验结果与分析 势，e在Z区内时，保持K。、K,不变；在NS、NM区内 时，需增大K,减小K;在NB区内时，为了使速度 实验采用ABB的15kW异步交流电机，分别用 尽快回到给定值，需增大K,减小K 4种方法作2个对比实验.4种方法分别为：1)仅采 3)BC段：此时e<0,e.<0,误差e有减小的趋势，e 用继电反馈法整定PI参数：2)仅采用模型法整定 在NB区内时，增大K,减小K:在NM、NS区内时，减 PI参数：3)仅采用模糊控制整定PI参数：4)采用混 小K,增大K:在Z区内时，保持K,K不变 合整定法.2个实验为阶跃响应和突加负载对比实 4)CD段：此时e>0,e.>0,误差e有增大的趋 验，突加负载采用直流电机施加反向力矩的方式实 势，在Z内时，保持K。、K,不变；在PS、PM区内时， 验步骤如下： 需增大K。,减小K;在NB区内时，为了使速度尽快 1)采用继电反馈法计算出PI参数，并记录阶跃 回到给定值，需增大K。,减小K 系统在加减速时情况相同.输出采用增量式，定 响应和突加负载的速度曲线. 义e、e、△K,和△K的模糊子集为{NB,NM,NS,Z, 2)利用继电反馈法整定出PI参数作为初始值， PS,PM,PB},子集中元素分别表示负大、负中、负 加入模糊PI控制器，记录阶跃响应和突加负载的速 小、零、正小、正中、正大，其规则表如表1和2所示. 度曲线 表1△K,控制规则表 3)采用本文的基于模型的离线整定法，设定内 Table 1 Control rules of AK, 外环相同阻尼比(=0.707，磁通环补偿系数ε=1， △K 转矩环补偿系数B=2,速度环取H=8,计算转动惯 e。 e.=e= e.=e,=e=e.= 量时采用6%额定转矩启动，达到600r/min时自由 NB NM NS Z PS PM PB nB PB PM PSPS PS PM PB 停机，整定出PI参数，记录阶跃响应和突加负载的 NM NB NM NS NS PS PM PB 速度曲线。 NS NB NM NS NS PS PM PB 4)利用离线整定法计算出PI参数作为初始值， Z Z 1 加入模糊PI控制器，记录相关速度曲线。 PS PB PM PS NS NS NM NB 实验结果如图7和图8所示，实验数据对比如 PM PB PM PS NS NS NM NB 表3所示. PBPB PM PS PSPS PM PB在线调节 ＰＩ 参数时ꎬ其主要在环境发生变化时 起作用ꎬ如突加突减负载、突然加减速等.以阶跃给 定为例(图 ６)ꎬ其中 ｅ 和 ｅｃ 的变化主要有 ４ 个阶段: 图 ６ 阶跃响应曲线 Ｆｉｇ.６ Ｓｔｅｐ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｕｒｖｅ １)ＯＡ 段:此时 ｅ>０ꎬｅｃ > ０ꎬ误差 ｅ 有减小的趋 势ꎬｅ 在 ＰＢ 区内时ꎬ需增大 Ｋｐꎬ减小 Ｋｉꎻ在 ＰＭ、ＰＳ 区内时ꎬ为了减小超调量ꎬ需减小 Ｋｐꎬ适量增大 Ｋｉꎻ 在 Ｚ 区内时ꎬ保持 Ｋｐ、Ｋｉ 不变. ２)ＡＢ 段:此时 ｅ< ０ꎬｅｃ > ０ꎬ误差 ｅ 有增大的趋 势ꎬｅ 在 Ｚ 区内时ꎬ保持 Ｋｐ、Ｋｉ 不变ꎻ在 ＮＳ、ＮＭ 区内 时ꎬ需增大 Ｋｐꎬ减小 Ｋｉꎻ在 ＮＢ 区内时ꎬ为了使速度 尽快回到给定值ꎬ需增大 Ｋｐꎬ减小 Ｋｉ . ３)ＢＣ 段:此时 ｅ<０ꎬｅｃ <０ꎬ误差 ｅ 有减小的趋势ꎬｅ 在 ＮＢ 区内时ꎬ增大 Ｋｐꎬ减小 Ｋｉꎻ在 ＮＭ、ＮＳ 区内时ꎬ减 小 Ｋｐꎬ增大 Ｋｉꎻ在 Ｚ 区内时ꎬ保持 Ｋｐ、Ｋｉ 不变. ４)ＣＤ 段:此时 ｅ> ０ꎬｅｃ > ０ꎬ误差 ｅ 有增大的趋 势ꎬ在 Ｚ 内时ꎬ保持 Ｋｐ、Ｋｉ 不变ꎻ在 ＰＳ、ＰＭ 区内时ꎬ 需增大 Ｋｐꎬ减小 Ｋｉꎻ在 ＮＢ 区内时ꎬ为了使速度尽快 回到给定值ꎬ需增大 Ｋｐꎬ减小 Ｋｉ . 系统在加减速时情况相同.输出采用增量式ꎬ定 义 ｅ、ｅｃ、 ΔＫｐ 和 Δ Ｋｉ 的模糊子集为{ＮＢꎬＮＭꎬＮＳꎬＺꎬ ＰＳꎬＰＭꎬＰＢ}ꎬ子集中元素分别表示负大、负中、负 小、零、正小、正中、正大ꎬ其规则表如表 １ 和 ２ 所示. 表 １ ΔＫｐ 控制规则表 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ΔＫｐ ｅ ΔＫｐ ｅｃ ＝ ＮＢ ｅｃ ＝ ＮＭ ｅｃ ＝ ＮＳ ｅｃ ＝ Ｚ ｅｃ ＝ ＰＳ ｅｃ ＝ ＰＭ ｅｃ ＝ ＰＢ ＮＢ ＰＢ ＰＭ ＰＳ ＰＳ ＰＳ ＰＭ ＰＢ ＮＭ ＮＢ ＮＭ ＮＳ ＮＳ ＰＳ ＰＭ ＰＢ ＮＳ ＮＢ ＮＭ ＮＳ ＮＳ ＰＳ ＰＭ ＰＢ Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ ＰＳ ＰＢ ＰＭ ＰＳ ＮＳ ＮＳ ＮＭ ＮＢ ＰＭ ＰＢ ＰＭ ＰＳ ＮＳ ＮＳ ＮＭ ＮＢ ＰＢ ＰＢ ＰＭ ＰＳ ＰＳ ＰＳ ＰＭ ＰＢ 表 ２ ΔＫｉ 控制规则表 Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ΔＫｉ ｅ ΔＫｉ ｅｃ ＝ ＮＢ ｅｃ ＝ ＮＭ ｅｃ ＝ ＮＳ ｅｃ ＝ Ｚ ｅｃ ＝ ＰＳ ｅｃ ＝ ＰＭ ｅｃ ＝ ＰＢ ＮＢ ＮＢ ＮＭ ＮＳ ＮＳ ＮＳ ＮＭ ＮＢ ＮＭ ＰＢ ＰＭ ＰＳ ＰＳ ＮＳ ＮＭ ＮＢ ＮＳ ＰＢ ＰＭ ＰＳ ＰＳ ＮＳ ＮＭ ＮＢ Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ ＰＳ ＮＢ ＮＭ ＮＳ ＰＳ ＰＳ ＰＭ ＰＢ ＰＭ ＮＢ ＮＭ ＮＳ ＰＳ ＰＳ ＰＭ ＰＢ ＰＢ ＮＢ ＮＭ ＮＳ ＮＳ ＮＳ ＮＭ ＮＢ 模糊控制器中的量化因子和比例因子根据控制 系统所需达到的精度设定.假定控制系统需要达到 的精度为 σ(ＡＤ 采样值)ꎬ则量化因子可选为 １ / σꎬ 比例因子可选为 σ. ２ 实验结果与分析 实验采用 ＡＢＢ 的１５ ｋＷ异步交流电机ꎬ分别用 ４ 种方法作 ２ 个对比实验.４ 种方法分别为:１)仅采 用继电反馈法整定 ＰＩ 参数ꎻ２) 仅采用模型法整定 ＰＩ 参数ꎻ３)仅采用模糊控制整定 ＰＩ 参数ꎻ４)采用混 合整定法.２ 个实验为阶跃响应和突加负载对比实 验ꎬ突加负载采用直流电机施加反向力矩的方式.实 验步骤如下: １)采用继电反馈法计算出 ＰＩ 参数ꎬ并记录阶跃 响应和突加负载的速度曲线. ２)利用继电反馈法整定出 ＰＩ 参数作为初始值ꎬ 加入模糊 ＰＩ 控制器ꎬ记录阶跃响应和突加负载的速 度曲线. ３)采用本文的基于模型的离线整定法ꎬ设定内 外环相同阻尼比 ζ ＝ ０.７０７ꎬ磁通环补偿系数 ε ＝ １ꎬ 转矩环补偿系数 β ＝ ２ꎬ速度环取 Ｈ ＝ ８ꎬ计算转动惯 量时采用 ６％额定转矩启动ꎬ达到６００ ｒ/ ｍｉｎ时自由 停机ꎬ整定出 ＰＩ 参数ꎬ记录阶跃响应和突加负载的 速度曲线. ４)利用离线整定法计算出 ＰＩ 参数作为初始值ꎬ 加入模糊 ＰＩ 控制器ꎬ记录相关速度曲线. 实验结果如图 ７ 和图 ８ 所示ꎬ实验数据对比如 表 ３ 所示. 􀅰４５０􀅰 智 能 系 统 学 报 第 ８ 卷