對柴油發(fā)電機組進行調(diào)速的幾種方法

對柴油發(fā)電機組進行調(diào)速的幾種方法

發(fā)布日期：2009-09-22

環(huán)球柴油發(fā)電機組網(wǎng)：

１面向 Simulink 數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)框圖

 在建立了柴油發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)的各模型后，就可用 MATLAB 的Simulink 工具建立基于常規(guī)PID 控制，變速積分PID 控制，不完全微分PID 控制和模糊PID 控制的調(diào)速系統(tǒng)框圖。

１．１常規(guī)PID 控制

 首先看常規(guī)PID 控制，下面是它的系統(tǒng)仿真框圖，如圖1 所示：這是最常規(guī)采用的PID 控制系統(tǒng)圖，通過對真實控制系統(tǒng)繪制仿真框圖，觀察采用常規(guī)PID控制效果。

１．２不完全微分PID 控制

 下面是不完全微分PID 控制系統(tǒng)仿真框圖，如圖２所示：   圖２不完全微分PID 控制系統(tǒng)仿真框圖這是在常規(guī)PID基礎(chǔ)上進行了不完全微分，這是用來改善它的控制功能，取得更好的控制效果。

１．３變速度積分PID 控制

 下面是變速度積分PID 控制系統(tǒng)仿真框圖，如圖３所示。

１．４模糊PID 控制

 自適應(yīng)模糊PID 控制是將自適應(yīng)控制的思想和常規(guī)PID 控制器結(jié)合，吸收了自適應(yīng)控制和常規(guī)PID 控制的優(yōu)點。首先它具備自適應(yīng)能力，能夠自動識辨被控過程參數(shù)、自動整定控制參數(shù)，能夠適應(yīng)被控過程模型參數(shù)的變化；其次它又具有常規(guī)PID 控制器結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性強、可靠性高的優(yōu)點。這使得自適應(yīng)PID 控制成為過程控制中一種較為理想的控制方法。

如果用模糊控制箱設(shè)計出模糊控制器，再在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中建立系統(tǒng)仿真模型，把模糊控制器模塊和我們設(shè)計的ＦＩＳ結(jié)構(gòu)連接起來，就可以對它進行仿真研究了，系統(tǒng)仿真框圖的建立關(guān)鍵是對ＰＩＤ三個參數(shù)Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ的整定，這必須考慮到不同時刻三個參數(shù)的相互作用和它們之間的關(guān)系。

下面從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來考慮Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ的作用，建立模糊規(guī)則表。

 （１）比例系數(shù)Ｋｐ的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。Ｋｐ越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但容易產(chǎn)生超調(diào)，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。Ｋｐ取值過小，會降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度變慢，延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)動態(tài)和靜態(tài)特征變壞。

（２）積分作用系數(shù)Ｋｉ的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Ｋｉ越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但Ｋｉ過大，在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。但Ｋｉ過小會使系統(tǒng)的靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。

 （３）微分的作用系數(shù)Ｋｄ的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特征，其主要作用是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行提前預(yù)報。但Ｋｄ過大，會使響應(yīng)過程提前制動，延長了調(diào)節(jié)時間，而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。下面是進行模糊控制PID 控制的系統(tǒng)仿真框圖，如圖４所示。

２對系統(tǒng)進行仿真研究

 建立了系統(tǒng)的仿真框圖后，就可以對系統(tǒng)進行仿真研究，就可以比較采用常規(guī)PID 控制和變積分PID 控制，不完全微分PID 控制，模糊自適應(yīng)PID 控制的比較，并具體分析我們采用的模糊  圖４模糊控制PID 控制系統(tǒng)仿真框圖自適應(yīng)控制時的仿真效果。對系統(tǒng)進行仿真有助于我們對柴油發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)的快速理解，并初步地分析出我們需要的控制參數(shù)，對系統(tǒng)的研究有積極作用。

 圖４的模糊控制PID 系統(tǒng)仿真圖通過ＭＡＴＬＡＢ中的模糊控制箱實現(xiàn)，同時根據(jù)自己控制系統(tǒng)的具體特點和要求來建立的，基本可以反應(yīng)控制系統(tǒng)的基本情況，可以起到很好的仿真模擬作用。

 首先，比較常規(guī)PID 控制和變積分PID 控制仿真結(jié)果如圖所示：由圖５可見，變速積分PID 通過改變積分項的累加速度，使得它和偏差大小相適應(yīng)，偏差大的時候，積分慢；偏差小時，積分快，這就可以減少超調(diào)，同時更好地消除靜差。

 下面比較一下常規(guī)PID 控制和不完全微分ＰＩＤ控制的區(qū)別，仿真結(jié)果如圖６所示。不完全微分就是在PID 算法中引入了一個一階慣性環(huán)節(jié)，使得系統(tǒng)性能得到改善，在改善系統(tǒng)動態(tài)特性的時候又盡量減少高頻干擾。

 最后介紹模糊自適應(yīng)控制和常規(guī)PID 的比較，并對模糊自適應(yīng)控制的仿真進行分析。這些都是基于前面建立的柴油發(fā)電機的系統(tǒng)模型的，

下面是它的仿真結(jié)果，如圖７所示。可見模糊PID 控制器和常規(guī)PID 控制相比，它使得系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)時間減小，曲線更平整，反應(yīng)時間加快了，控制效果明顯更好了。同時模糊PID 控制器在控制過程前期具有模糊控制器的特點，而在控制過程后期具有PID 調(diào)節(jié)器的所有優(yōu)勢，是一種性能優(yōu)良的控制器，所以在實際使用中可以選用模糊自適應(yīng)控制方法

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