1引言
近年来，随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术的发展，交流传动系统逐步取代直流传动系统已成为现代电气传动必然的发展趋势和主要特征。传统的交流传动系统大都采用pid控制器，它具有结构简单、稳定性较好、可靠性较高等特点，但有时不能有效克服负载、模型参数的大范围变化及其非线性因素的影响，因而在一些高性能、高精度的场合难以满足使用要求［1］。
模糊控制是基于规则的一种智能控制方式，它不依赖于被控对象的精确数学模型，特别适宜对具有多输入—多输出的强耦合性、参数的时变性和严重的非线性与不确定性的复杂系统或过程的控制，且控制方法简单，鲁棒性好［2，3］。但由于常规模糊控制器的控制规则一旦确定则无法改变，且存在稳态误差，对于控制性能要求较高的交流传动系统，常规模糊控制器亦无法胜任。为此，本文提出了一种自调整模糊控制方法，并在自行设计的交流变频调速实验系统上进行了大量实验，结果表明，对比常规模糊控制和pid控制，该方法具有良好的控制性能。
2自调整模糊控制方法
2.1自调整模糊控制系统结构
在模糊控制系统中，对控制性能影响较大的参数主要有模糊控制规则，量化、比例因子，隶属函数形状及其分布等，各种自调整方法大多围绕对这些参数的调整和优化展开。考虑系统设计复杂程度，以及各参数间的相互影响，一般只选取以上参数中的一个或几个进行调整。
模糊控制器的核心是“if…then…”形式的模糊控制规则，规则的选取直接关系到系统控制性能的优劣。对二维模糊控制器而言，模糊控制规则可采用如：
的解析式表述，其中规则调整因子α的大小反映了系统误差e和误差变化ec对控制量输出u影响的加权程度，调整α值即相当于调整了模糊控制规则。
调整比例因子ku，即调整控制器的输出增益，这对系统控制性能具有显著影响，特别是在系统初始运行阶段，当控制器各参数尚未完全确定，模糊控制规则还不完备的情况下［4］。
因此，将规则因子和比例因子结合起来调整就有望获得更好的控制效果。本文提出的自调整模糊控制方法，根据系统控制性能指标粗调比例因子ku，基于误差e和误差变化ec细调规则因子α。该自调整模糊控制系统结构如图2—1所示。
2.2比例因子ku的自调整
本文中，根据预先确定好的实际经验规则和实时抽取的系统响应特征量来调整比例因子。这是一种基于效果的参数调整方法［5］，对交流传动系统而言，特别是进行速度控制时，较为重要的性能指标是系统响应是否迅速及是否有超调。因此，选取系统响应上升时间和超调量作为特征量。
该调整过程由一个模糊控制器来实现，输入为系统响应上升时间t和超调量y，输出为比例因子调整量δku。各模糊变量隶属函数如图2—2所示。
根据实际控制经验规则及反复实验修改后，得到比例因子调整量δku的模糊控制规则表：
调整比例因子
对比例因子ku的调整是每个控制轮次计算一次，根据系统响应上升时间t和超调量y，经模糊控制规则表得到调整量δku，再由下式对ku进行修正：
式中β为数量级因子，如该值过大，难以调整到理想的控制效果；该值过小，则调整次数相应增加，应根据实际系统调整为一个适当的数值。
2.3模糊规则因子α的自调整
一般采用的规则因子α自调整方法如下：
上式中，规则因子α是误差绝对值｜e｜的线性函数，这体现了按误差大小自动调节误差对控制作用的权重，符合人在控制决策过程中的思维特点。但该方法在调整α时并没有直接考虑到误差变化ec，而在系统的各个运行阶段，误差变化ec对控制性能具有不同的影响，因此该法具有一定局限性。在本方案中，将同时根据误差e和误差变化ec的大小及关系来调整规则因子α。
如图2—3所示，可以把一个典型的阶跃响应分为4个阶段。
a阶段：e＞0，ec＜0，系统响应向设定值靠近。为使系统尽快消除偏差趋向稳态，而在接近设定值时又不致于超调太大，此时α的变化趋势应由大变小；但当｜ec｜较大时，α应相对小些，当｜ec｜较小时，则α应相对大些。
b阶段：e＜0，ec＜0，系统响应偏离设定值，此时α应适当减小；当｜ec｜较小时，α的减小量应相对小些。
c阶段：e＜0，ec＞0，系统响应向设定值靠近。当｜e｜值较大时，α也应较大，以使响应迅速回到设定值，但当｜ec｜也较大时，α应相对小些，以免产生过调整。
d阶段：e＞0，ec＞0，系统响应偏离设定值，此时α应适当减小；当｜e｜和｜ec｜较小时，α减小量应小些，使系统尽快稳定。
根据以上分析，可将原来的α自调整公式改进为：
以上α因子的自调整公式，同时考虑了误差e和误差变化ec对α的影响，且α为误差e的非线性函数，更符合系统响应过程变化特征。本调整方法计算简单，易于在线实时控制。
3交流变频调速实验系统设计
3.1实验系统总体结构
应用前述方法设计的自调整模糊控制器，在一套交流变频调速实验系统上进行了电机速度控制实验，该实验系统结构框图如图3—1所示。
自调整模糊控制算法的实现及实验系统的其它监控管理均由计算机(piii450)完成，控制量经d/a转换输出到变频器(台达delta vfd015b)，变频器在系统中作为能量转换和功率放大的主驱动模块，它根据接收到的控制信号产生变压变频的电源信号以驱动交流电机实现调速。交流电动机非负载侧轴端安装一个分辨率2000脉冲/r的增量式光电编码器，作为速度检测装置。
3.2软件开发平台及数据采集卡
本系统的控制软件均在labwindows/cvi软件开发平台上编程实现，而d/a转换、脉冲计数、开关量控制等功能则利用一块pci-1200通用数据采集卡完成。
利用pci-1200上的82c53计数器对由光电编码器产生并经四倍频及鉴向处理后得到的正、反转脉冲计数。通过pci-1200的模拟电压输出口，将控制电压输出给变频器功能端口，以控制电动机转速；此外，通过数字i/o口，外接固态继电器，可用于控制变频器的起停、转向等，这样就实现了一套结构简单、功能完备、运行可靠的高性能数字交流调速系统。
4实验结果及分析
以下为自调整模糊控制(safuzzy)在交流变频调速实验系统中应用的控制效果，及其与常规模糊控制(fuzzy)和pid控制的性能对比。
图4—1为在3种不同控制方式下，改变设定转速及突加负载时的实测转速曲线。当转速设定值由400r/min变为1000r/min时，3种控制方法的速度响应超调量及上升时间变化如下：
可见，当设定转速变化后，pid控制和常规模糊控制都出现了较大的超调，其中常规模糊控制超调相对较小；而采用自调整模糊控制时只产生了极小的超调，且上升时间变化不大。
当系统空载以400r/min稳定运行时，突加5nm的负载转矩，3种控制方式均出现一定范围的转速变化，具体数据如下表所示：
其中常规模糊控制和pid控制转速波动较大，回到稳速状态时间较长；而采用自调整模糊控制方法，则转速变化较小，并较快恢复到稳速状态。
5结论
通过在交流变频调速实验系统中电机速度控制实验表明：采用粗调比例因子、细调规则因子的自调整模糊控制方法，对比常规模糊控制和pid控制，系统控制性能得到较大提高；在交流变频调速实验系统设计中，采用labwindows/cvi软件开发平台和pci-1200数据采集卡，简化了软、硬件设计，并易于系统功能扩展及数据处理与分析，使得模糊控制等控制方法在交流变频调速系统中的研究与应用更为高效、方便和快捷。
［参考文献］
［1］李艳，等.模糊控制在电气传动中的运用现状及前景［j］.电气传动，1997(2)：3－9
［2］李士勇，等.模糊控制、神经控制和智能控制论［m］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996［3] 诸静.模糊控制原理与应用［m］.机械工业出版社，1995
［4]i.rojas and h.pomares.new methodology for the development of adaptive and selflearning fuzzy controllers in real time［j］.international journal of approximate reasoning,vol 21,1999,pp.109－136.
［5］梁尧成，等.伺服系统速度控制参数自调整方法［j］.华中理工大学学报.1997(11)：36－37
