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基于DSP的模糊PD控制算法的研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-06-17  来源:《电气&智能建筑》  作者:孙雷 岳云涛
  1 前言
 
  中压软启动器因为启动电流小、节约能源以及减少了对机械的启动冲击,而广泛应用于三相笼型异步电动机的启动中[1-3]。传统的降压启动方法基本上是靠单纯的降低电压来启动电动机的,启动转矩很小,但存在启动电流及启动转矩冲击大的缺点。为保证中压异步电动机的使用寿命及电网的供电品质,中压电动机软启动器起到了关键性作用。其方式就是控制以不同速率改变晶闸管的导通角,使电动机端电压渐增,这样可很好地解决传统起动过程中电流过大及其派生的许多问题。传统方法采用闭环PID对电动机进行恒流软起动控制,然而,由于PID控制方法中参数整定过分依赖控制对象的特征和数学模型,而实际生产中由于各种偶然和非偶然的因素,导致对象参数变化的现象也时有发生,因而单纯PID控制较难得到理想的控制效果,而模糊控制技术是不依赖精确的数学模型,对参数的变化不敏感,适应性强,具有很好的鲁棒性[4-7]。因此,本文提出将模糊控制和PID控制相结合的方法应用于中压异步电动机软启动器的控制中,进而可以获得较好的控制效果。
 
  2 基本原理
 
  本系统中压软启动控制器采用了以TMS320C2812DSP为核心的模糊PD控制及其通讯和显示控制,在电动机的启动过程中,按所期望的启动特性,对电机进行自动控制,使其平滑可靠地完成启动过程。软启动器的系统结构如图1所示。显然,由于采用了DSP2812控制芯片使触发脉冲的产生和启动过程迅速完成,大大简化了系统结构和外围电路,提高了装置工作的可靠性及系统的响应速度。
 
  此软起动器采用三对反并联的晶闸管串接在电动机的三相供电线路上,利用晶闸管的电子开关特性,通过80C196KC单片机控制其触发角的大小,以改变晶闸管的开通程度,由此改变电动机输入电压的大小,以达到控制电动机的启动特性。
 
  当软起动控制器的微机控制系统检测到的电流小于I0时,系统按模糊控制方法进行有关的模糊推理和决策,来确定晶闸管的触发信号脉冲。当检测到的电流大于I0时,则按PD控制方法来确定晶闸管的触发信号脉冲。所以本系统按这两个阶段来控制中压异步电动机的起动过程。
 
  当电动机起动过程完成后,K2、K3控制信号使其相应的交流接触器吸合,断掉所有晶闸管,使电动机直接投网运行,避免不必要的能源损耗。
11-001
 
  3 控制系统的硬件设计
 
  软启动器控制系统的硬件结构如图1所示,其控制线路由以下几部分组成:TMS320C2812控制系统,同步电路,脉冲触发驱动电路、电流检测电路及显示电路等。
 
  3.1 同步电路
  同步电路采用单相同步方式。来自电源变压器的同步信号经由LM339组成的过零比较器变为周期为20ms的方波信号。经过光电耦合器隔离,送到DSP2812控制器的输入端口,就可以获得准确的同步时刻。
 
  3.2 脉冲输出电路
  由于软启动器主回路有六只晶闸管,故需六相独立的触发脉冲。利用DSP2812系列控制器的六路PWM口,产生脉冲十分方便且准确可靠。由于三相平衡控制时六相触发脉冲依次相差60°电角度,所以当控制系统由主回路取得电压同步信号后,即可根据触发移相角a依次延时,在PWM口上产生所需的六组触发脉冲信号,系统的快速性和可靠性都提高了。控制系统通过光耦合器与主回路隔离,并向主回路晶闸管传递脉冲信号。
 
  3.3 电流检测电路
  电流检测可以有两种方案:一是用电流传感器直接检测输出对应的直流小信号电压;二是用电流互感器把负载交流电流转变成小电流信号,再经过整流、滤波、比例调节,变换成直流小信号电压输出到模/数转换器的模拟输入通道进行检测。由于电流传感器精度及可靠性较高,采用了第一种方案。
 
  4 控制系统的软件设计
  在电动机软起动的控制过程中经常会碰到大滞后、时变、非线性的复杂系统。其中,有的参数未知或缓慢变化;有的存在滞后和随机干扰;有的无法获得精确的数学模型。模糊控制是一种近年来发展起来的新型控制方法,其优点是不要求掌握受控对象的精确数学模型,而根据人工控制规则组织控制决策表,然后由该表决定控制量的大小。将模糊控制和PD控制结合起来,既具有模糊控制灵活而适应性强的优点,又具有PD控制响应速度快的特点。
 
 
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