近年來，隨著電力電子技術的發(fā)展,，靜變電源越來越廣泛地應用于工業(yè),、軍事、醫(yī)療,、航空航天等領域,。在某型地空導彈武器系統(tǒng)中，靜變電源是主要的設備之一,，是整個武器系統(tǒng)電能的來源,，能否可靠不間斷地供電直接影響武器系統(tǒng)性能的發(fā)揮。設計高性能變頻電源是當前的趨勢之一,，靜變電源的高性能主要表現(xiàn)在穩(wěn)壓性能好,、輸出電壓波形質(zhì)量高、負載適應性強,、動態(tài)特性好等方面,。為了獲得高質(zhì)量的正弦輸出電壓波形，人們將現(xiàn)代控制理論應用到靜變電源系統(tǒng)的控制中,，提出了很多基于調(diào)制策略的控制方法,。

    PID控制器結構簡單,魯棒性強，目前在很多方面都有著廣泛的應用,。但是隨著科學技術的進步,，被控對象變得越來越復雜，利用傳統(tǒng)的PID控制器往往得不到較好的控制效果,。為了改善常規(guī)PID的控制效果,，增強系統(tǒng)的適應性，本文設計出一種調(diào)整系統(tǒng)控制量的模糊PID控制器,，模糊控制對于克服系統(tǒng)的非線性,、時變性具有一定的優(yōu)勢。本文結合靜變電源控制系統(tǒng)的特點,，采用模糊PID控制算法,，提高了靜變電源輸出電壓波形的質(zhì)量，使系統(tǒng)兼具良好的動,、靜態(tài)性能,。



    增量式PID控制器參數(shù)一經(jīng)確定后就不再改變,，參數(shù)沒有自適應環(huán)境變化的能力。然而,，在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中,，靜變電源的輸出電壓具有非線性、時變性和不確定性,，而且所帶負載常常發(fā)生變化,，使得控制對象和模型失配，傳統(tǒng)PID控制器參數(shù)往往優(yōu)化不良,，控制效果欠佳,。為了克服傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)的缺陷，引入了模糊控制與PID控制相結合的方法,，以改善系統(tǒng)的跟蹤效果,，獲得期望輸出。
1.2 模糊PID控制策略
    根據(jù)以往經(jīng)驗,，靜變電源輸出電壓波形質(zhì)量與調(diào)制波信號密切相關,，當輸出電壓波動很大時，如采用常規(guī)的PID控制器,，其控制性能可能會變差甚至不穩(wěn)定。因此,，為了實現(xiàn)控制器的自適應能力,，提出了基于模糊PID算法的靜變電源的直接電壓控制方法。
    靜變電源的模糊PID控制原理如圖1所示,，將期望值與實際輸出值的誤差信號經(jīng)過模糊PID調(diào)節(jié)后,，分析誤差信號產(chǎn)生調(diào)制波，再經(jīng)三角載波調(diào)制后生成PWM信號控制逆變橋,，使系統(tǒng)輸出信號逼近期望值,，模糊PID控制原理如圖2所示。

    模糊控制器的實現(xiàn)首先應定義輸入輸出變量的模糊集,，確定各變量論域,，建立模糊變量賦值表，即模糊化,；然后根據(jù)實踐和學習積累的經(jīng)驗,，歸納出若干條控制規(guī)則，根據(jù)控制規(guī)則進行模糊推理,，采用最大隸屬度法,，對輸出加以清晰化處理。
1.2.1 模糊化
    單相逆變電源采用二維模糊控制,，需要考慮的論域有三個：輸出電壓偏差,、偏差變化率以及控制量,，選取電壓偏差、偏差變化率作為輸入,。其中：

1.2.2 模糊控制的隸屬函數(shù)和控制規(guī)則的確定
    模糊控制規(guī)則應根據(jù)系統(tǒng)期望的動,、靜態(tài)特性來確定，即當偏差較大時,，控制系統(tǒng)的主要任務是消除偏差,。此時，偏差的權系數(shù)應較大,；而當偏差較小時,，為了減小超調(diào)，并使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定,，主要應根據(jù)偏差變化率來改變控制量,，此時，要求加大偏差變化率的權重,。下面說明模糊控制規(guī)則表的制定,。
   （1）根據(jù)以往在控制過程中的實踐經(jīng)驗加以總結，可得到數(shù)條模糊條件語句的集合,。將偏差和偏差變化率的語言變量值各分為7個等級,，可以總結出7×7=49條模糊條件語句，具體描述如下：
    if E=PB and EC=NB then U=ZO
    if E=PB and EC=NM then U=ZO
    if E=PB and EC=NS then U=NS
    if E=PB and EC=ZO then U=NM
    if E=PB and EC=PS then U=NB
    ……
  （2）根據(jù)以往的經(jīng)驗知識和反復的實驗,，采用三角形隸屬函數(shù)形式,，可以得到如圖3所示的偏差e、偏差變化率ec以及控制量U的隸屬度函數(shù),。據(jù)此確定對應論域中起作用的控制規(guī)則,，并制定如表1所示的模糊控制狀態(tài)表。

1.2.3 解模糊與模糊PID控制器的實現(xiàn)
    在本設計中,，利用CRI法則推理時控制過程是用查詢控制規(guī)則表來產(chǎn)生控制量的,，對誤差信號e和誤差變化率ec論域中全部元素的所有組合進行計算，便可計算出模糊控制量的輸出U,，并采用最大隸屬度的規(guī)則進行模糊決策,，將U經(jīng)過清晰化轉(zhuǎn)換成相應的確定量。通過查表得到的輸出控制量,，還需乘上比例因子Ku,，即得到調(diào)制波。
    設計該模糊PID控制器的特點是根據(jù)輸入在最大偏差范圍內(nèi),，利用模糊推理的方法調(diào)整系統(tǒng)的控制量,，而在最小偏差范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換成PID控制，兩者的轉(zhuǎn)換根據(jù)事先給定的偏差范圍自動實現(xiàn)，以實現(xiàn)系統(tǒng)控制量的自動調(diào)整,。
2 系統(tǒng)仿真結果分析
    根據(jù)以上分析在Matlab/Simulink7.1環(huán)境下,，建立控制模型。其中,，采樣周期T取0.001,；經(jīng)驗證誤差基本論域取[-35，35],，誤差變化率基本論域取[-5,，5]，控制輸出量基本論域取[-40,，40],，經(jīng)推理模糊化因子ke=0.2，ke=0.02,，kU=6.5,；PID的參數(shù)Kp=1.2、Ki=10,、Kd=0.000 5,；開關頻率為3 kHz，輸入交流電壓為380 V,；交流負載電壓220 V/50 Hz,，120 000 kVA，輸出濾波電容,、電感分別為3 mH,、5 000 μF；輸出變壓器參數(shù)380 V/120 V,，250 000 kVA。
    在電路仿真過程中,，分別用普通PID和模糊PID控制對靜變電源實施控制,，開關閾值選為5 V，3個電壓表分別測量與之對應的單相輸出電壓,，仿真時間為0.5 s,，仿真結果如圖4所示。

    根據(jù)仿真結果,，靜變電源從啟動到電壓穩(wěn)定時,，模糊PID控制效果明顯比PID控制效果要好，而且在0.2 s突加負載,、0.3 s斷開負載時的電壓能很快地恢復穩(wěn)定,；PID控制在突加和斷開負載時電壓波動大，恢復穩(wěn)定所需時間長,。由此可見,，模糊PID控制靜變電源的策略,，兼具了模糊控制的動態(tài)特性和PID控制的穩(wěn)態(tài)性能，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性,、超調(diào)量得到了較大改善,，提高了系統(tǒng)的響應速度和控制精度。
    本文將模糊推理算法引入PID控制器中,，解決了PID控制器在非線性系統(tǒng)中的收斂速度慢和誤差精度低的難題,。通過仿真實驗，模糊PID控制器在線控制靜變電源,，其魯棒性和自適應能力較強,，對于干擾也有較好的抑制調(diào)節(jié)能力，滿足了對靜變電源輸出的要求,。整個系統(tǒng)的仿真結果驗證了模糊PID控制算法應用于靜變電源的正確性和可行性,。
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