临汾西门子代理

为了改善发电机励磁控制系统的动态调节品质，运用模糊规则设计了一种发电机励磁系统的模糊控制器，并给出了基于西门子可编程逻辑控制器（PLC）的模糊控制器的实现方法。仿真和试验结果表明，控制器在改善发电机励磁系统的动态行为上具有突出的优势，对工程应用有实用价值。

0 引 言
    目前，工业控制中使用为广泛的仍是典型的PID控制，主要是因为这种控制策略结构简单，且具有一定的鲁棒性。但在实际的情况中，常规PID调节器固化的一组参数难以满足其调节品质的要求，因此，研究和改善现有的控制方式显得尤为重要，并具有实用价值。模糊控制作为一种智能控制方式，在工业控制中逐步得到了应用。模糊控制主要用于克服由于过程本身的不确定性、不jingque性和噪声带来的控制问题，因而在处理发电机组励磁模型参数的不确定性、复杂性和非线性方面具有突出的优势。因此，模糊控制技术很适合应用于发电机励磁控制系统中。
    模糊控制技术己经成为当前研究者们较为关注的热点。但在发电机励磁系统，将模糊控制技术应用于控制器的设计却很少，相关的资料论文也很有限，在模糊控制大力发展和应用日益广泛的做一些这方面的探讨是有益的。
1 发电机励磁模糊控制系统组成
    1.1 模糊控制系统的一般结构
    模糊控制属于计算机智能控制的一种形式，模糊控制系统的结构如图1所示。

图1 模糊控制系统的一般结构

    它的核心部分为模糊控制器，模糊控制器的规则可由程序实现，规则是来自于人的经验形式化、模拟化。同时，应用相应的模糊判据，将其转化为jingque量，实现对被控制对象的控制作用。
    常用的模糊控制器有一维、二维和三维模糊控制器，其中典型的是二维模糊控制器。二维模糊控制器是用系统输出的偏差e和输出的偏差变化率Δe作为控制系统的输入量。在实际模糊控制系统中，需要先构造模糊控制表，模糊控制表是根据系统的输入输出个数、隶属函数及控制规则等决定。
    1.2 发电机励磁系统数学模型的建立
    1.2.1 同步发电机的传递函数
    同步发电机的传递函数相当复杂，这里只研究发电机空载起励的过程，因此，可对发电机的数学描述进行简化。在转速为额定转速时，同步发电机的传递函数可以用一阶滞后环节来表示。电压大值在额定电压的附近，因此，该过程中可以忽略饱和现象，故同步发电机的传递函数为：
    
    TG表示其时间常数，主要为励磁绕组EW的时间常数，其数值较小，取5s，KG为发电机的电压放大系数，当忽略发电机的饱和影响时，KG可用发电机的定子电压和发电机空载额定转子电压之比表示。
    1.2.2 电压测量单元的传递函数
    电压测量单元由测量变压器、整流滤波电路等组成，作用是把发电机机端电压变成与之成正比的直流电压，在正常情况下，电压互感器和测量变压器均不会饱和，可近似用一个一阶滞后环节来描述。
    
    式中，其时间常数TR约为几十毫秒，KR=UCHE/UGE，UCHE为对应UGE时测量单元的输出电压。
    1.2.3 功率放大单元的传递函数
    调节器中的功率放大单元是晶闸管调节器，由于晶闸管整流元件工作是断续的，所以它的输出与控制信号间存在着时滞。
    
    式中：UL——晶闸管整流电路的输出电压；
    ULK——晶闸管整流电路输出开路时的输出电压；
    UHK——换相电抗形成的输出电压降；
    UT——晶闸管整流元件的电压降（每只晶闸管的管压降约为1V，在分析励磁系统时一般情况下可忽略不计）。
    发电机励磁控制系统一般都有非线性环节，这就要进行线性处理。线性处理时，首先要确定在哪一点线性化，也就是首先要确定系统各环节的定态工作点，然后假定在整个运行过程中各环节的输入量和输出量在定态工作点附近变化的值一直保持很小。这样就可以把本来是非线性的环节近似地当成线性环节对待。分析发电机励磁自动控制系统，一般假定发电机在空载额定状态（即发电机空载额定转速额定定子电压）运行时各环节对应的输入、输出为定态工作点，而且励磁系统的输入信号只有很小变化。同时考虑到发电机空载运行时励磁电流较小，晶闸管整流电路的换相电抗压降不大，也可忽略。
    因此功率放大单元的传递函数可以简化为：
    
    因此，励磁系统总的传递函数框图如下图2所示。

图2 发电机励磁系统传递函数