對柴油發電機組進行調速的幾種方法

對柴油發電機組進行調速的幾種方法

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１面向 Simulink 數字調速系統框圖

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

１．１常規PID 控制

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

１．２不完全微分PID 控制

 下面是不完全微分PID 控制系統仿真框圖，如圖２所示：   圖２不完全微分PID 控制系統仿真框圖這是在常規PID基礎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 控制系統仿真框圖，如圖３所示。

１．４模糊PID 控制

 自適應模糊PID 控制是將自適應控制的思想和常規PID 控制器結合，吸收了自適應控制和常規PID 控制的優點。首先它具備自適應能力，能夠自動識辨被控過程參數、自動整定控制參數，能夠適應被控過程模型參數的變化；其次它又具有常規PID 控制器結構簡單、魯棒性強、可靠性高的優點。這使得自適應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計出模糊控制器，再在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中建立系統仿真模型，把模糊控制器模塊和我們設計的ＦＩＳ結構連接起來，就可以對它進行仿真研究了，系統仿真框圖的建立關鍵是對ＰＩＤ三個參數Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ的整定，這必須考慮到不同時刻三個參數的相互作用和它們之間的關系。

下面從系統的穩定性、響應速度、超調量和穩態精度等各方面來考慮Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ的作用，建立模糊規則表。

 （１）比例系數Ｋｐ的作用是加快系統的響應速度，提高系統的調節精度。Ｋｐ越大，系統的響應速度越快，系統的調節精度越高，但容易產生超調，可能會導致系統不穩定。Ｋｐ取值過小，會降低調節精度，使響應速度變慢，延長調節時間，使系統動態和靜態特征變壞。

（２）積分作用系數Ｋｉ的作用是消除系統的穩態誤差。Ｋｉ越大，系統的靜態誤差消除越快，但Ｋｉ過大，在響應過程的初期會產生積分飽和現象，從而引起響應過程的較大超調。但Ｋｉ過小會使系統的靜態誤差難以消除，影響系統的調節精度。

 （３）微分的作用系數Ｋｄ的作用是改善系統的動態特征，其主要作用是在響應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報。但Ｋｄ過大，會使響應過程提前制動，延長了調節時間，而且會降低系統的抗干擾性能。下面是進行模糊控制PID 控制的系統仿真框圖，如圖４所示。

２對系統進行仿真研究

 建立了系統的仿真框圖后，就可以對系統進行仿真研究，就可以比較采用常規PID 控制和變積分PID 控制，不完全微分PID 控制，模糊自適應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 控制系統仿真框圖自適應控制時的仿真效果。對系統進行仿真有助于我們對柴油發電機組調速系統的快速理解，并初步地分析出我們需要的控制參數，對系統的研究有積極作用。

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

 首先，比較常規PID 控制和變積分PID 控制仿真結果如圖所示：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，偏差大的時候，積分慢；偏差小時，積分快，這就可以減少超調，同時更好地消除靜差。

 下面比較一下常規PID 控制和不完全微分ＰＩＤ控制的區別，仿真結果如圖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節，使得系統性能得到改善，在改善系統動態特性的時候又盡量減少高頻干擾。

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

下面是它的仿真結果，如圖７所示。可見模糊PID 控制器和常規PID 控制相比，它使得系統響應的超調時間減小，曲線更平整，反應時間加快了，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 調節器的所有優勢，是一種性能優良的控制器，所以在實際使用中可以選用模糊自適應控制方法

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