1 引言
隨著工廠生產規模的擴大和自動化程度的提高，交流調速應用越來越廣泛，而在造紙、紡織、軋鋼等行業大量使用多電機同步傳動系統。同步傳動控制要求首先解決單電機轉速的高精度控制問題，尤其是高速造紙機除了要解決因高速運行而引起的機械共振外，還要求解決電氣控制上的間題．這些系統要求對數據傳送速率高、輸人信號響應快、跟蹤誤差小、升降速平穩、無超調（或小超調）、穩態精度高。由于異步電動機具有參數時變、嚴重非線性特性、強藕合性等不確定因素，精確模型難以建立，現有的數學模型也不易于工程實現，變頻器要建模也非易事。模糊控制有效地解決了建模困的問題，使系統具有解耦能力，并且能抑制各種非線性因素對系統的影響，具有強魯棒性，因此本文選用模糊控制，并采取了相應措施提高了控制精度。
傳統的PLC 主要用于開關量控制，很難實現復雜算法。本文在硬件上采用奧地利貝加萊公司的可編程計算機控制器PCC（Programmable Computer Controller) B&R 2005 , B&R 2005面向工業應用，具有強抗干擾能力；模塊化的軟硬件設計使設計系統具有很好的開放性，節省了硬件元器件和電路，降低了成本，增強了可靠性；B&R 2005 帶操作系統，可以用C 和Basic 等高級語言編程，可以實現模糊控制等復雜算法；其操作系統的分時多任務處理方式讓控制系統具有了很好的實時性；可以通過現場總線PROFIBUS 、CAN 和以太網通信，通信速率高。本文給出的相關實驗數據表明所采用控制方式能達到滿意的效果，為高速造紙機傳動控制提供了實現方法。
2 模糊控制思路
根據工程實際，采用如圖1 所示的模糊控制系統框圖。模糊控制能克服傳統PID 控制超調量大的間題，但是普通的模糊控制存在穩態精度差和穩態顫振問題。因此，本文采用雙模模糊控制，并加人PI 環節，這樣施加在被控對象上的控制量u 具有非線勝PID 控制律，提高了穩態精度，有效抑制了顫振現象。
圖1 模糊控制系統示意圖
3 硬件構成
異步電動機轉速控制系統的硬件框圖如圖2 所示。主控制器采用貝加萊公司的可編程計算機控制器B&R 2005 ，它將工業控制機（IPC ）及計算機集散控制系統（DCS ）以及可編程邏輯控制器（PLC ）融合在一起，主要應用于復雜程度較高的控制對象和過程控制系統。B&R 2005 軟硬件均采用模塊化設計，具有系統的高速響應，實時性好。更突出的是它帶操作系統，可用Basic 和C 等高級語言編程，可以勝任模糊控制算法的編程。它的配置采用12 槽的底板3BP151.41 ，電源模塊PS794 , CPU 模塊CP260 ，并行處理器模塊IF671 ，計數模塊NC150。 IF671 提供了485 接口，用于控制變頻器；NC150 提供兩路光電編碼器輸人，接電機的轉速反饋信號。
圖2 轉速模糊控制系統硬件方框圖
Fig.2 Hardware configuration of the speed fuzzy control system
變頻器采用Slemens 的Micr．ｍａｓｔｅｒ6SE3115，功率為2.2kW 。電機采用YVP 90S-4 型三相異步交流電動機，功率為1.1 kW ，額定電流3A ，電壓380v , 額定轉矩7N•m 。另外采用KZQ 一II 型磁滯測功機控制器，它提供負載轉矩，能及時檢測和顯示電機的轉速、轉矩、輸出功率和效率，并提供數據打印功能和帶有接口可以通過計算機的串行口與計算機通訊。測速采用每轉600 個脈沖的增量式光電編碼器。
4 模糊控制器的改進和設計
4 . 1 語言變量、語言值和論域的選擇
模糊控制器的輸人語言變量選為電機的實際轉速n和給定轉速ng之間的誤差。e﹦n一ng及其變化率e ，而其輸出語言變量可選為控制變頻器的給定轉速u。這樣就為轉速控制系統確定了一個雙輸人單輸出的模糊控制器。
輸人語言變量誤差E 、誤差變化EC 以及輸出語言變量U 的論域均選為｛﹣6 ,﹣5 ，...，﹣1 , 0 , 1 ，...，5 , 6 }。要提高基本模糊控制器的精度和跟蹤性能，就必須對語言變量取更多的語言值，即分檔越細，性能越好，但同時規則數和系統的計算量也大大增加，影響調試和控制的實時性[1] 。因此，在工程實際應用中必須選擇一個合適的分檔次數，使得控制系統既能滿足控制精度要求和實時性要求，又能易于工程實現。鑒于此，此處E , EC 和U 的語言值均選為PB , PM , PS , ZE , NS , NM , NB 。
4 . 2 語言變量E 、EC和U 的賦值表的建立
語言變量的模糊子集的隸屬度函數u（x ）究竟選用哪一種好，目前沒有統一的理論依據。在工程應用的實際中，通常根據經驗和實際控制要求確定模糊隸屬度函數。一般情況下，高斯模糊隸屬度函數的正態分布特性能滿足大部分工程的精度要求和控制性能，所以采用高斯模糊隸屬度函數。其數學表達式為
選定隸屬度函數拜u（x ）的類型之后還得注意它的形狀。隸屬度函數的形狀對控制效果影響很大，如圖3 所示，圖中窄型隸屬函數 反映模糊集合 具有高分辨率特性，控制的靈敏度高；寬型隸屬函數 反映模糊集合 具有低分辨率，控制的靈敏度低。一般在系統誤差較大的范圍內，采用低分辨率隸屬函數，而在系統誤差較小時，采用具有高分辨率隸屬函數。確定隸屬函數后并根據操作者實際經驗修正可得列表格所示的語言變量的賦值表。表1~3 所示的分別是語言變量E , EC 和U 的賦值表。
圖3 隸屬度函數圖
Fig.3 The membership functions
表1 語言變量E 的賦值表
Table 1 The value of language variable E
表2 語言變量EC的賦值表
Table 2 The value of language variable EC
4 . 3 建立模糊控制規律表
將操作者在控制過程中的實踐經驗加以總結建立模糊控制規則。通過總結操作者手動控制策略，可建立變頻器控制的異步電動機轉速控制規則的模糊狀態表，見表4 所示。
表4 模糊控制規則表
Table 4 rules of fuzzy logic controller
