吕梁西门子代理

2 基于西门子PLC的模糊系统设计
    目前，各PLC生产厂家推出的中、小型PLC模块虽然提供了PID指令，可以实现PID控制，但是都没有提供模糊控制模块和软件包。为了获得模糊PID控制特性，本文提出了一种在不增加任何PLC硬件开销的情况下，通过软件编程在PLC上实现模糊控制的新方法。
    2.1 输入输出的模糊集与论域确定
    各变量隶属函数的确定根据PID自整定原则，用于PID参数控制的模糊控制器采用2输入1输出的模糊控制器，该模糊器是以e(t)和Δe(t)为输人语言变量，以控制电压U为输出语言变量。
    e(t)和Δe(t)的模糊子集取值为：
    e(t) ={PB，PM，PS，PO，NO，NS，NM，NB}；
    Δe(t) ={PB，PM，PS，O，NS，NM，NB}。
    其中，{PB =“正大”，PM =“正中”，PS =“正小”，PO =“正零”，O =“零”，NO =“负零”，NS =“负小”，NM =“负中”，NB=“负大”}
    控制电压U的模糊子集取值为：
    U ={ -7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1 ，+2，+3，+4，+5，+6，+7}；
    模糊子集为：“负很大”、“负较大”、“负大”、“负中”、“负小”、“负较小”、“负很小”、“零”、“正很小”、“正较小”、“正小”、“正中”、“正大”、“正较大”、“正很大”。
    采用阶跃信号作为输入信号，根据模糊控制器的原理，选择其输入（e(t)、Δe(t)）输出(U)。取e(t)、Δe(t)、U的论域和模糊子集可得到隶属度曲线，图3、图4为变量e(t)与Δe(t)所对应的曲线。

图3 e(t)隶属函数曲线

图4 Δe(t)隶属函数曲线

    2.2 模糊规则设计
    模糊规则来自于人的经验，根据实际经验规则可以得出U的调节规则表如表1所示：

表1 模糊控制规则表

2.3 基于PLC的模糊控制器设计
    微机上实现模糊控制一般采用3种方式：强度转移方式、直接查表方式和公式计算方式。要想在PLC上实现模糊控制，考虑到PLC运算能力较差，宜采用直接查表方式。
    在设计中，选用西门子公司的S7-200型PLC，利用其A/D模块将输入量采集到PLC中，利用其D/A模块实现执行元件的输出，模糊控制流程图如图5所示。

图5 模糊控制系统流程图

    上面给出的是模糊规则表中查询求U值的一段程序。其余程序与上述程序类似。
3 系统仿真
    某电厂发电机励磁系统的主要参数为：KG=20.15，UGE=400V，UCHE=6V，KR=UCHE=/UGE=0.015，KSCR=2.82，T=0.0045。
    利用Matlab6.0中的模糊工具箱进行模糊系统的设计，在模糊编译窗口中进行输入输出变量以及隶属度函数的设定，在模糊规则编辑器中设定规则，同时采取重心法进行解模糊化，后利用Simubbbb中的模糊工具集中的FuzyController元件将已经建立的2输入 — 1输出的Mamdani模糊控制系统导入Simubbbb被控系统，与被控系统进行无缝连接，终实现对系统进行仿真，获取仿真结果。
    系统仿真的结构图如图6所示：

图6 系统仿真结构图

    仿真结果如图7所示。

图7 励磁控制系统仿真结果图

    可见，引入模糊控制算法后明显改善了发电机励磁系统的调节特性，并具有良好的跟踪特性。仿真结果表明，基于模糊控制算法的励磁系统的调节过程，都能很好地满足励磁系统的动态特性，所得到的系统响应曲线过程极小，调节速度快且调节过程平稳（没有频繁的波动），具有良好的调节品质。
4 结 语
    随着大容量发电机组的使用和大规模电力系统的形成，对励磁系统的可靠性和技术性能的要求越来越高，需要研究新型的励磁调节器来满足要求。同时，计算机技术和自动控制理论的发展也为研究新型励磁调节器和励磁系统提供了良好的基础。把模糊控制技术应用在发电机励磁系统将有很好的和潜在的应用前景，并有明显的理论意义和实际意义。
    本文介绍了发电厂励磁控制系统的模型和模糊控制在励磁控制中的应用，并讨论了其在PLC上的硬件实现。研究结果表明，该控制器具有良好的调节品质，并且硬件电路易于实现。它的应用，将会给电厂发电机励磁控制系统带来更大的技术进步和更高的经济效益。