引言

隨著計算機控制技術、電力電子技術的飛速發展，交流變頻調速技術正以其優異的控制性能日益為工業界接受，可編程控制器作為一種可靠性的工業PC，也正以前所未有的速度在工業自動化領域迅速普及。在我國傳統的鋼鐵冶金、交通運輸、機械化工等各產業中，存在著大量的以繼電器、接觸器和直流調速為主的電氣傳動系統，這些系統存在硬件線路復雜、可靠性低、能耗大、生產維修量大等許多缺點，因此如何將PLC與交流變頻調速技術相結合，對傳統產業進行改造，是企業界正著力解決的問題。本文就某電機智能測控系統的PLC控制交流變頻調速系統進行詳細介紹。

模糊自校正PI控制器的設計

控制器設計的理論依據

在起動和負載變化階段，控制系統的反應較慢。而模糊控制將專家的知識及現場操作人員的經驗轉化為控制策略，使模型難以確定的復雜系統得以有效的控制。在對象參數發生變化或受到外部擾動時，模糊控制仍能達到較為滿意的控制效果。因而與傳統的控制方案相比，模糊控制具有較強的魯棒性。但是模糊控制無法從根本上消除穩態誤差，控制精度較低。而比例積分控制(PI)能夠消除穩態誤差，將模糊控制技術和傳統的PI控制相結合，能夠有效地解決模糊控制存在穩態誤差的缺陷。目前較為廣泛的是模糊控制與PI控制的串聯或者模糊控制與PI控制相并聯。但是參數固定的PI控制又一定程度上給系統帶來了動態與穩態之間的矛盾，模糊控制的優勢沒有得到完全體現。本文提出的模糊自校正控制器使PI調節器參數跟隨系統誤差變化而動態變化，從而具備了模糊控制較強魯棒性和PI控制削弱穩態誤差的功能。

模糊控制原理及其應用

該模糊控制輸入信號為速度偏差e和速度偏差變化率△e，輸出信號為控制信號。變量的模糊子集為{正大，正中，正小，零，負小，負中，負大}，相應的語言變量設定為{PL，PM，PS，ZO，NS，NM，NL}。

首先，把速度偏差及偏差變化率的實際范圍作為輸入論域，輸出控制量的允許變化范圍作為輸出論域，而在論域中的元素隸屬于某個語言變量值的隸屬度用隸屬函數表示，論域兩端的隸屬函數取半三角形的形狀，其余則取三角形的形狀。其次，在模糊化過程中取輸入變量的實時值，即求速度偏差及偏差變化率的實時值。第三步是把輸入變量的實時值和已定義的隸屬函數進行比較組合，求出相應的模糊輸入量。有了上面三個步驟后，再采用MAX-MIN推理合成算法進行模糊推理，并產生模糊輸出結果。最后，將模糊輸出結果清晰化，并采用PWM方式實現輸出控制，在周期一定的條件下調節占空比，而占空比的實時值由模糊控制規則自動調節。

控制器的參數校正

模糊自校正控制器是由模糊控制器、PI調節器、參數整定環節和估測器四個基本部分組成。模糊控制器和PI調節器根據校正的參數對過程對象進行控制，參數整定環節根據系統誤差的動態變化對PI調節器進行參數校正。該模糊自校正控制系統的運行過程就是模糊自校正控制器不斷采樣、校正，直至系統達到并保持期望的控制性能指標。

PI調節器的參數校正原則：在控制的起始階段取較小的PI調節器校正參數；當模糊控制達到基本穩定時，根據系統誤差逐漸增大PI調節器的校正參數，以獲得平穩的上升并消除誤差；當整個系統已基本穩定時，則根據系統要求和誤差適當減小PI調節器的校正參數。

變頻調速系統的組成及主程序框圖

變頻調速系統框圖如圖1所示。本系統采用三菱公司的FX2NPLC作為速度調節器，它把給定信號與編碼器輸出脈沖信號的量化值進行比較，獲得誤差e，通過具有參數自整定的PID算法，得到所需調節值，將此值送入D/A轉換變為模擬信號，再送至變頻器的模擬電壓輸入端，控制變頻器頻率，從而控制電機的轉速。

系統的主程序框圖如圖2所示。為了使電機穩定性好，響應速度快，必須正確選擇系統的比例、積分、微分等參數。本系統利用PLC的高速運算及判斷能力，由PID算法子程序計算出控制量UR，對擾動作出動態調節，使得穩態誤差最小。

實驗結果及結論

在該電機控制系統調試過程中，對11kW/15kW直流電動機-交流發電機機組進行啟動實驗，給定速度為1500轉/分鐘，系統能很快跟蹤給定速度，反應性能良好。在突加負載的情況下，系統能快速自動調節，恢復時間約為0.6s，其轉速特性曲線如圖3所示。

本系統充分利用了變頻器的多種控制功能，用編碼器精確測速，控制算法采用了參數自整定PID算法，實現了精確的變頻調速閉環控制。實驗數據表明，該系統能對電機轉速實現精確控制，實用性強，具有一定的推廣價值。