基于改進(jìn)的模糊pid的勵磁控制及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及發(fā)電機(jī)勵磁控制器及控制算法技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，設(shè)及一種基于 改進(jìn)的模糊PID的勵磁控制及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 長期W來在同步發(fā)電機(jī)的勵磁控制算法中普遍采用的是PID控制，由于系統(tǒng)模型 經(jīng)常發(fā)生變化，受外界影響較大，因此常規(guī)的PID控制在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常手動調(diào)節(jié)參數(shù)，該 給勵磁控制帶來極大的不便，而且控制效果不甚理想。采用非線性控制、智能控制方法應(yīng)用 于勵磁控制系統(tǒng)中，其控制效果有了一定的改善，但卻大幅增加了控制系統(tǒng)的發(fā)雜程度；常 規(guī)的模糊PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但由于量化因子、比例因子和論域的固定化，在實(shí)際的控 制過程中不能很好的滿足調(diào)節(jié)范圍和控制精度；變論域的思想指出在規(guī)則形式不變的情況 下，論域隨著誤差變小而收斂，隨著誤差的變大而增大，從而提高了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍和 控制精度。變論域模糊PID控制器實(shí)際上就是一種在線根據(jù)誤差調(diào)整論域的自適應(yīng)模糊 PID控制器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是為了克服上述不足，給出了一種基于改進(jìn)的模糊PID控制的同步發(fā)電機(jī) 勵磁控制器。
[0004] 同時，本發(fā)明還提供了一種改進(jìn)的模糊PID控制方法。
[0005] 為了解決W上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于改進(jìn)的模糊PID控制的同步發(fā)電機(jī) 勵磁控制器方法，包括模糊控制器、PID控制器和論域調(diào)整，首先進(jìn)行模糊化計算，然后根 據(jù)確定的合理的論域伸縮機(jī)制W及所選擇的合適的伸縮因子使得輸入和輸出的基本論域 隨著控制需求進(jìn)行實(shí)時自適應(yīng)伸縮變化，進(jìn)而使得定義在基本論域上的模糊劃分也隨之變 化，從而提高控制性能。
[0006] 本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案如下：
[0007] 所述的伸縮因子的選擇基于函數(shù)模型 [000引對于輸入論域的伸縮因子，選用： 曰（X) =l-Ae_kx(AG(0,l)，k> 0) 該里取^ = 0. 6、k= 0. 5;x表示輸入變量e或ec。亦即
[0009] 對于輸出論域的伸縮因子，考慮kp、ki和kd對控制性能的影響，采用原則；輸出變 量kp和kd的伸縮因子應(yīng)具有與誤差的單調(diào)一致性，而輸出變量ki的伸縮因子則具有與誤 差的單調(diào)反向性。亦即輸出論語的伸縮因子應(yīng)使得輸出變量kp和ki適當(dāng)大，kd適當(dāng)小。 為此選取輸出變量kp和ki的論域伸縮因子為；
[0010] 所述的改進(jìn)的模糊PID控制器主要在常規(guī)模糊控制器在線調(diào)整PID參數(shù)基礎(chǔ)上， 同時對模糊控制器本身進(jìn)行在線優(yōu)化調(diào)整，二者的有機(jī)結(jié)合，將更加有效地提高控制效果。
[0011] 基于改進(jìn)的模糊PID的勵磁控制及其方法，其特征在于：該方法包括W下步驟，
[0012] 步驟一、選擇輸入量、輸出量及其論域
[0013] 改進(jìn)的模糊PID控制器W誤差E(k)和誤差變化率EC(k)作為控制器的輸入量，模 糊PID控制的參數(shù)化，Ki，Kd(Akp，Aki，Akd)為輸出量，進(jìn)行參數(shù)在線自調(diào)整，W滿足 E似和EC似對PID參數(shù)控制的要求。定義；[-e。，e。]為輸入變量e的基本論域；[-e。。，eJ 為輸入變量ec的基本論域；[-kpwkpj為輸出變量kp的基本論域；[-kiwkj為輸出變量ki 的基本論域；[-kd。，kj為輸出變量kd的基本論域。為簡單起見統(tǒng)一為；Xp=[-Ep,化]，P =1、2分別為輸入變量Xp(P=1J)的基本論域；Yq=[-kq，kq]，q= 1、2、3分別為輸出變 量yq(q=1，2,3)的基本論域；Ai={ay}1《j《m(該里m為7)為Xp上的模糊劃分；Bi =化j.} 1《j《m為Y上的模糊劃分。
[0014] 步驟二、確定改進(jìn)的模糊PID控制器的算法及規(guī)則
[0017]式（1)、似中；k為采樣周期，采樣周期輸出值k=0,1…，址，Kp為比例系數(shù)；Ki為積分時間常數(shù)；Kd為微分時間常數(shù)；T、TD分別為表示T、TD的采樣時間；e化)、ec(k)分 別為誤差、誤差變化率。
[001引本發(fā)明控制器采用二維雙變量控制，模糊推理規(guī)則；如果XI是ay,且x2是a2j.，那 么八就是bj_i、y2就是bj、y3就是j+1。此時有；
[0019]
[0020] 步驟S、伸縮因子的選擇
[0021] 本發(fā)明所謂的變論域是指論域可W分別隨著輸入變量和輸出變量的變化而自行 調(diào)整，即論域Xp和化可W分別隨著變量XP和yq的變化而自行調(diào)整，推廣記為；輸入變量 是基本論域X(x) =[-a(X化，a(X化]，輸出變量是基本論域Y(y) = [-0 (y)K，e(y)K], 其中a(X)與0 (y)稱為論域的伸縮因子，E表示輸入變量e和ec，K表示輸出變量kp、ki 和kd，相對于變論域而言，原來的論域稱為初始論域。本發(fā)明中對于輸入論域的伸縮因子， 選用：
[002引a(X) = 1-Ae_kx(入G(0, 1)，k> 0)
[0023] 對于輸出論域的伸縮因子，選用：
[0024] 0i=2|e
[0025]
[0026] 本發(fā)明的改進(jìn)的模糊PID控制精度較高、震動較小，適合在同步發(fā)電機(jī)勵磁控制 系統(tǒng)中使用；
[0027] 本發(fā)明的改進(jìn)的模糊PID控制的動態(tài)性能好，能滿足不同工況對控制參數(shù)的不同 要求，模糊PID控制的參數(shù)可W在線自調(diào)整，與經(jīng)典PID勵磁控制器和傳統(tǒng)的模糊PID勵磁 控制器相比，在改善系統(tǒng)品質(zhì)及對系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生改變是的魯椿性均較優(yōu)，在實(shí)際應(yīng)用中有 一定的推廣價值。
【附圖說明】
[002引圖1為本發(fā)明的改進(jìn)的模糊PID控制器結(jié)構(gòu)示意圖
[0029] 圖2為本發(fā)明的改進(jìn)的模糊PID控制流程圖
[0030] 圖3為本發(fā)明的參數(shù)Tw= 12s時勵磁控制仿真對比圖
[0031] 圖4為本發(fā)明的參數(shù)Tw= 25s時勵磁控制仿真對比圖
【具體實(shí)施方式】
[0032] 本實(shí)例提供的一種基于改進(jìn)的模糊PID控制的同步發(fā)電機(jī)勵磁控制器控制方法， 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括模糊控制器、PID控制器和論域調(diào)整，首先進(jìn)行模糊化計算， 然后根據(jù)確定的合理的論域伸縮機(jī)制W及所選擇的合適的伸縮因子使得輸入和輸出的基 本論域隨著控制需求進(jìn)行實(shí)時自適應(yīng)伸縮變化，進(jìn)而使得定義在基本論域上的模糊劃分也 隨之變化，從而提高控制性能。
[0033] 所述的伸縮因子的選擇基于函數(shù)模型
[0034] 對于輸入論域的伸縮因子，選用： 曰（X) =l-Ae_kx(AG(0,l)，k> 0) 該里取^ = 0. 6、k= 0. 5 ;x表示輸入變量e或ec。亦即
[0035] 對于輸出論域的伸縮因子，考慮kp、ki和kd對控制性能的影響，采用原則；輸出變 量kp和kd的伸縮因子應(yīng)具有與誤差的單調(diào)一致性，而輸出變量ki的伸縮因子則具有與誤 差的單調(diào)反向性。亦即輸出論語的伸縮因子應(yīng)使得輸出變量kp和ki適當(dāng)大，kd適當(dāng)小。 為此選取輸出變量kp和ki的論域伸縮因子為； 0 1= 2|e
[0036] 所述的改進(jìn)的模糊PID控制器主要在常規(guī)模糊控制器在線調(diào)整PID參數(shù)基礎(chǔ)上， 同時對模糊控制器本身進(jìn)行在線優(yōu)化調(diào)整，二者的有機(jī)結(jié)合，將更加有效地提高控制效果。
[0037] 基于改進(jìn)的模糊PID的勵磁控制及其方法，其特征在于：該方法包括W下步驟， [003引步驟一、選擇輸入量、輸出量及其論域
[0039] 改進(jìn)的模糊PID控制器W誤差E(k)和誤差變化率EC(k)作為控制器的輸入量，模 糊PID控制的參數(shù)化，Ki，Kd(Akp，Aki，Akd)為輸出量，進(jìn)行參數(shù)在線自調(diào)整，W滿足 E似和EC似對PID參數(shù)控制的要求。定義；[-e。，e。]為輸入變量e的基本論域；[-e。。，eJ 為輸入變量ec的基本論域；[-kpwkpj為輸出變量kp的基本論域；[-kiwkj為輸出變量ki 的基本論域；[-kd。，kj為輸出變量kd的基本論域。為簡單起見統(tǒng)一為；Xp= [-Ep,化]，P =1、2分別為輸入變量xp(P= 1，2)的基本論域；Yq=