离散论域模糊控制表的离线计算
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模糊控制规则表设计概述模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法,其可以处理输入输出之间存在模糊关系的控制问题。
在模糊控制中,规则表是一个关键的部分,它描述了输入和输出之间的关系,从而使控制系统能够根据当前输入的模糊值来确定相应的输出。
模糊控制基础在深入讨论模糊控制规则表设计之前,我们先了解一些模糊控制的基础知识。
模糊控制系统由四个基本部分组成:模糊化模块、模糊推理引擎、解模糊化模块和规则表。
模糊化模块模糊化模块将输入信号转换为模糊值,这些模糊值可以被模糊推理引擎进行处理。
常用的模糊化方法有隶属函数和隶属度。
模糊推理引擎模糊推理引擎是模糊控制系统的核心部分,它根据规则表进行推理,将模糊输入转换为模糊输出。
常用的推理方法有模糊关系的合成和模糊关系的蕴含。
解模糊化模块解模糊化模块将模糊输出转换为实际的控制信号,以实现对被控制对象的控制。
常用的解模糊化方法有隶属度最大值法和重心法。
规则表规则表是模糊控制系统中的重要组成部分,它描述了输入和输出之间的关系。
规则表通常由一系列模糊规则组成,每条规则包括一个条件部分和一个结论部分。
模糊控制规则表设计步骤设计一个有效的模糊控制规则表需要经历以下几个步骤:1. 确定输入和输出的模糊集合首先,需要确定输入和输出的模糊集合。
模糊集合是对输入和输出的模糊值进行离散化表示的方式。
常用的模糊集合包括三角形、梯形和高斯函数等。
2. 确定输入和输出的隶属函数隶属函数是模糊集合中的元素与输入或输出之间的映射关系。
选择合适的隶属函数能够更好地表达模糊集合之间的关系。
3. 确定规则的条件部分规则的条件部分描述了输入模糊集合之间的关系。
通过使用模糊集合的交集、并集和补集等操作,可以构建出条件部分。
4. 确定规则的结论部分规则的结论部分描述了输入模糊集合与输出模糊集合的关系。
可以根据实际需求,选择合适的输出模糊集合。
5. 构建规则表根据确定的条件部分和结论部分,可以构建出完整的规则表。
规则表可以使用表格的形式来表示,每一行代表一条规则。
matlab模糊控制中论域11条摘要:一、引言二、matlab 模糊控制的基本概念三、matlab 模糊控制的论域四、matlab 模糊控制的实现五、matlab 模糊控制中的优化方法六、matlab 模糊控制的应用实例七、总结正文:一、引言模糊控制是一种以模糊语言变量、模糊集合论和模糊逻辑推理为基础的控制理论。
相较于传统的控制方法,模糊控制更具有智能化、实时性和灵活性等特点,因此在工业生产和大系统控制过程中得到了广泛应用。
其中,MATLAB 作为一种强大的数学软件,为模糊控制提供了方便的仿真和实现平台。
本文将从MATLAB 模糊控制的基本概念、论域、实现、优化方法以及应用实例等方面进行详细阐述。
二、matlab 模糊控制的基本概念模糊控制算法是一种非线性智能控制方法,它以模糊逻辑推理为核心,通过将连续的输入信号转换为模糊集合,然后根据预先设定的模糊控制规则,计算出模糊输出,最后将模糊输出转换为实际控制信号。
这一过程依赖于模糊控制器的结构和参数,其中论域是模糊控制器设计的重要参数之一。
三、matlab 模糊控制的论域在MATLAB 模糊控制中,论域是指模糊控制器的输入和输出变量所处的模糊集合。
论域的划分直接影响到模糊控制器的控制效果。
一般来说,论域的划分需要考虑实际控制需求、系统的非线性特性以及控制精度等因素。
通过合理地选择和设计论域,可以提高模糊控制器的控制性能和鲁棒性。
四、matlab 模糊控制的实现在MATLAB 中,可以通过Fuzzy Logic Toolbox 提供的函数和方法实现模糊控制。
具体步骤包括:创建模糊控制系统对象、定义模糊变量、划分论域、建立模糊控制规则、模拟和仿真等。
其中,模糊控制规则的设计是模糊控制器设计的关键环节,需要根据实际控制需求和系统的动态特性进行合理地设置。
五、matlab 模糊控制中的优化方法为了提高模糊控制器的控制性能和鲁棒性,可以采用遗传优化等方法对模糊控制器进行优化设计。
模糊控制在工业锅炉中的应用摘要:采用国产永宏PLC为开发平台,设计模糊自整定PID控制器应用于工业锅炉控制系统克服了锅炉控制系统的大惯性、非线性等特点,并结合PID控制稳态精度高的特点,使控制系统有良好的控制效果。
在研究模糊控制与传统PID控制相结合的基础上,以工业锅炉为对象,设计了一套完善、实用的自动控制系统。
关键词:模糊控制PID 自整定锅炉PLC工业锅炉是能源转换和能源消耗的重要设备。
由于我国工业锅炉生产操作水平的落后,造成大量的热能丢失,经济效益很低。
随着科学技术的发展,计算机的逐步普及,工业锅炉开始采用微型计算机控制。
实践证明,工业锅炉实现微型计算机控制,是锅炉安全生产,提高热效率,节约能源的一大创举,也为锅炉生产开辟了广阔的前景。
1锅炉控制系统控制系统方案设计将锅炉汽包水位控制系统作为主要研究内容,汽包水位是锅炉运行中的一个重要参数,它体现出锅炉产生的蒸汽量和给水量之间的动态平衡关系,是锅炉安全运行的重要条件。
汽包水位高会使过热器的受热面结垢而被烧坏;而汽包水位过低则会破坏汽水循环,造成水冷壁管供水不足而被烧毁,甚至引起锅炉爆炸。
锅炉水位自动控制的任务就是控制给水流量,使其适应蒸发量的变化,维持汽包水位在允许的范围内。
将模糊控制算法引入该系统,利用模糊控制易于实现对复杂对象控制的特点,将有经验的操作人员和专家的控制经验应用于控制过程,根据人工控制规则组织控制决策表,然后由该表决定PID参数的输出值,与传统的PID控制相结合,根据锅炉汽包水位运行过程中出现的不同状态和扰动,在线实时的对PID参数整定,使系统运行中保持合适的瞬态参数,易于维持汽包水位在设定值。
(1)锅炉汽包水位的三冲量控制系统。
针对锅炉汽包水位控制系统特点,以锅炉水位作为主控信号,将蒸汽流量作为前馈信号,把给水流量作为反馈信号,组成汽包水位的三冲量控制系统。
当蒸汽负荷突然发生变化,蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向移动,即蒸汽流量增加,给水调节阀开大,抵消了由于“虚假水位”引起的反向动作,因而减小了水位和给水流量的波动幅度。
第40卷第9期2021年9月电工电能新技术Advanced Technology of Electrical Engineering and EnergyVol.40,No.9Sept.2021收稿日期:2020-12-13基金项目:国家自然科学基金项目(61803343)作者简介:闫㊀君(1995-),男,河南籍,硕士研究生,研究方向为电力系统稳定运行与控制;王明东(1971-),男,河南籍,教授,博士,研究方向为电力系统分析与控制㊁智能电网技术㊂静止无功补偿器变论域模糊PI 控制研究㊀闫㊀君,王明东,李忠文(郑州大学电气工程学院,河南郑州450001)摘要:为改善静止无功补偿器(SVC )常规PI 电压调节器的调节效果,增强其动态响应性能和无功补偿能力,提出了一种基于变论域模糊PI 控制的SVC 电压控制方法㊂在常规PI 控制和模糊理论相结合的基础上,利用模糊伸缩因子优化变论域技术进一步改进㊂该文对常规PI ㊁模糊PI ㊁变论域模糊PI 三种控制方法在SVC 中的应用进行了比较研究㊂仿真结果表明,与常规PI ㊁模糊PI 控制SVC 相比,基于变论域模糊PI 控制的SVC 能更快速㊁灵活地调节电压,具有更好的动态响应性能和良好的无功补偿能力,能够有效地提高电力系统的稳定性㊂关键词:静止无功补偿器;变论域;模糊PI 控制;电压调节器DOI :10.12067/ATEEE2012010㊀㊀㊀文章编号:1003-3076(2021)09-0064-07㊀㊀㊀中图分类号:TM7221㊀引言㊀㊀随着直流输电技术的发展,高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)的应用也越来越广泛[1,2]㊂直流输电系统中的换流站需要交流电网提供充足的无功功率以保证电网的安全稳定运行[3-5]㊂同时,电力系统规模越来越大,系统受到外界干扰的可能性也随之增大,各种类型的干扰会导致系统电压变化,需要无功支持以维持系统电压的稳定性㊂常用的无功补偿装置有:同步调相机(Syn-chronous Condenser,SC)㊁静止同步补偿器(StaticSynchronous Compensator,STATCOM)和静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)㊂其中,SVC 作为一种大容量电力电子器件,目前已经被广泛用于为电力系统提供无功支持和提高动态电压的稳定性[6,7]㊂SVC 的动态性能和补偿能力与采用的控制方式有很大关系㊂常规PI 控制方式应用范围很广,控制器结构简单且需要调整的参数不多,在SVC 工程应用中起着重要作用,但常规PI 控制无法同时满足快速性和稳定性的要求[8,9]㊂为突破常规PI 控制在SVC 控制系统中的不足,将常规PI 控制与现代控制方法相结合成为SVC 控制的研究热点[10,11]㊂文献[12]设计了一种基于模糊-PI 控制的SVC 电压调节器,通过智能调节器实现模糊控制或PI 控制工作状态的切换,综合两种控制方法的优点,从而提高SVC 系统响应速度;文献[13]设计了一种非线性神经元PID 控制器,有效地提高了SVC 系统的适应能力和补偿精度㊂本文将变论域理论㊁模糊理论与PI 控制相结合,设计了一种基于变论域模糊PI 控制的SVC 电压调节器㊂仿真结果表明,与常规PI㊁模糊PI 控制方法相比,基于变论域模糊PI 控制电压调节器的SVC 能更加快速地从系统吸收或发出无功功率,具有更好的鲁棒性和维持电压稳定能力㊂2㊀SVC 基本结构及其控制系统2.1㊀SVC 基本结构㊀㊀SVC 作为一种常用的无功补偿装置,能根据晶闸管控制的电抗器(TCR)和晶闸管投切的电容器(TSC)吸收或发出无功功率,来连续快速地进行无功调节和维持系统电压稳定㊂图1为常用的TCR +TSC 型SVC 结构,主要由一组TCR 和三组TSC 构成㊂图1中的降压变压器是为了降低SVC 造价(电压等级越低㊁造价越低),而滤波器是用来吸收SVC 装置造成的谐波电流㊂TCR +TSC 型SVC 具有运行可靠㊁价格便宜㊁响应速度快等优点,在电网中应用广泛㊂闫㊀君,王明东,李忠文.静止无功补偿器变论域模糊PI 控制研究[J].电工电能新技术,2021,40(9):64-70.65㊀图1㊀SVC 结构Fig.1㊀Structure of SVC图1中,TSC 支路向系统发出的无功功率为:Q C =U 2X C=ωCU 2(1)式中,U 为降压变压器二次电压有效值;X C 为TSC 支路中电容器的等值电抗;ω为角频率;C 为电容器的电容值㊂TCR 支路从系统吸收的无功功率为:㊀Q L =U 2X L=2-2απ-1πsin(2α)ωLU 2(2)式中,X L 为TCR 支路中电抗器的等值电抗;α为晶闸管的触发延迟角;L 为电抗器的电感值㊂由式(1)和式(2)可知,SVC 向系统发出的无功功率为:Q SVC =ωC -2-2απ-1πsin(2α)ωL éëêêêùûúúúU 2(3)㊀㊀由式(3)可得SVC 系统的等值电纳为:B SVC =ωC -2-2απ-1πsin(2α)ωL(4)2.2㊀SVC 控制系统㊀㊀TCR +TSC 型SVC 控制系统如图2所示,主要包含电压测量模块㊁电压调节器㊁触发脉冲模块㊁同步单元和辅助控制模块等㊂SVC 系统控制方式为:电压调节器将测量得到的一次侧电压U mes 和参考电压U ref 比较得出误差信号err,然后将误差信号err 经过控制器的变换后得到电纳信号B SVC ;电纳信号B SVC 再经过离散单元得出TCR 触发延迟角α和n_TSC 信号;TCR 触发延迟角α㊁n_TSC 信号和二次测量电压经过同步单元㊁触发脉冲发生器作用产生控制晶闸管导通的脉冲信号,从而实现对TCR 和TSC 支路通断状态的控制㊂当测量到一次侧电压偏高时,TCR 支路导通,从系统吸收无功功率,系统电压降低,同时,需TSC 导通来确保电压稳定性;当测量到一次侧电压偏低时,TSC 支路导通,向系统发出无功功率,系统电压升高,但TSC 发出的无功功率多余的量都在SVC 中,需TCR 吸收多余的无功功率,维持无功平衡㊂因此,TCR 和TSC 需要协调控制㊂图2㊀SVC 控制系统图Fig.2㊀Control system diagram of SVC3㊀SVC 变论域模糊PI 控制器设计3.1㊀模糊PI 控制器㊀㊀常规PI 控制器结构简单且需要调整的参数少,但由于SVC 系统是一个复杂的非线性系统,采用常规PI 的控制效果并不理想㊂基于模糊逻辑的PI 控制不依赖被控对象的精确数学模型,鲁棒性好㊁响应速度快,控制效果优于常规PI 控制㊂模糊PI 控制器由PI 控制器和模糊控制器组成㊂模糊控制器输入量为误差信号e 和误差信号变化率e c ,输出量为PI 控制器比例环节㊁积分环节的修正量ΔK P ㊁ΔK I ㊂论域的变换公式为:E =K ee -e max -e min2()K e =2e max -e min E C =K e c e c -e cmax -e cmin 2()K e c =2e cmax -e cmin ΔK m =L Km Δk m -Δk max m -Δk min m 2()L Km =2Δk max m -Δk min mìîíïïïïïïïïïïïïïïïïï(5)式中,E ㊁E C 分别为输入量e ㊁e c 的变换值;ΔK m 为Δk m 的变换值;[e min ,e max ]㊁[e cmin ,e cmax ]㊁[Δk min m ,66㊀电工电能新技术第40卷第9期Δk max m ](m =P,I)为系统实际运行的动态范围;L Km为比例因子;K e ㊁K e c 为量化因子㊂根据Mamdani 型模糊推理法则,采取常用的加权平均解法进行解模糊化,其计算公式为:ΔK m =C i ðiμCi (ΔK im )ðiμCi (ΔK im )(6)式中,ΔK m (m =P,I)为模糊环节输出量;C i 为ΔK im 对应的模糊集合;μCi (x )为模糊集合C i 的隶属函数㊂将解模糊得到的推理值作为模糊环节的输出量,传递给PI 控制器㊂此时,PI 控制器的实际控制参数为K P =K P0+ΔK P ㊁K I =K I0+ΔK I ㊂其中,K P0㊁K I0为PI 控制器自身的控制参数㊂系统实际输出为:u (k )=K P e (k )+K I ðki =1e (i )(7)式中,u (k )为输出值;e (k )㊁e (i )为误差值;K P ㊁K I 分别为比例增益㊁积分增益㊂选择对称三角形隶属函数,结合学者专家研究成果可得ΔK P ㊁ΔK I 模糊规则表㊂其中,e 和e c 的论域为[-1,1],ΔK P 的论域为[-1,1]㊂以ΔK P 为例,ΔK P 模糊控制规则如表1所示㊂表1㊀ΔK P 模糊控制规则Tab.1㊀Fuzzy control rules of ΔK Pe e cNB NM NSZO PSPM PB NBGB GB MB MB PB ZE ZE NM GBGB MB PB PB ZE PS NS MB MB MB PB ZE PSPSZO MB MBPB ZE PS MS MS PS PB PB ZE PS PSMS MS PM PB ZE PSMS MS MS GS PB ZE ZE MSMSMSGS GS3.2㊀变论域模糊PI 控制器㊀㊀常规的模糊PI 控制器的论域范围是固定的,输入信号改变时会影响控制效果和控制精度㊂为了解决此问题,本文采用变论域模糊PI 控制器,论域范围会随着输入误差的变化而改变,可以使从模糊量到隶属函数的映射更加准确㊂SVC 变论域模糊PI 控制器结构如图3所示㊂图3所示的模糊控制器选择双输入双输出二维图3㊀SVC 变论域模糊PI 控制器结构图Fig.3㊀Diagram of SVC variable universe fuzzy PI controller结构,通过输入伸缩因子α1和α2㊁输出伸缩因子βP和βI 分别控制模糊控制器的输入和输出信号,达到既能提高控制精度又能加快响应速度的效果㊂设输入误差信号e 的初始论域为[-E ,E ],通过调整伸缩因子α实现变论域后,新的论域为[-α1E ,α1E ][14],论域的变化情况如图4所示㊂图4㊀论域变化示意图Fig.4㊀Sketch map of domain change本文选用基于模糊规则设计的输入输出伸缩因子㊂当输入误差大时,增大伸缩因子,其基本论域会扩大,从而保证系统稳定运行;当输入误差小时,减小伸缩因子,使其基本论域缩小,定义在论域上的模糊划分也会压缩,使输入误差的可用规则增多,增加其控制精度[15]㊂将α1和α2划分为4个等级,用ZE (零附近)㊁MS(小)㊁MB(中)㊁GB(大)表示㊂输入伸缩因子α1㊁α2调整规则如表2所示㊂闫㊀君,王明东,李忠文.静止无功补偿器变论域模糊PI 控制研究[J].电工电能新技术,2021,40(9):64-70.67㊀表2㊀输入伸缩因子调整规则Tab.2㊀Adjustment rules of input signale /e cNB NM NSZO PSPMPBα1/α2GBMBMS ZEMS MB GB利用输入误差e 和误差变化率e c 决定输出伸缩因子β的取值㊂当e 和e c 很大且两者符号相同,此时系统与设定值之间差距很大,系统正以很快的速度偏离设定值,此时控制量βP 应取较大阻止系统偏离设定值[16]㊂模糊规则如下:如果e 是NB 且e c 是NB,则βP 为MB 或 如果e 是PB 且e c 是PB,则βP 为MB ㊂将输出伸缩因子βP 或βI 划分为7个等级,用GS(很小)㊁MS (较小)㊁S (小)㊁ZE (零附近)㊁B (大)㊁MB(较大)㊁GB(很大)表示㊂类比推理得出输出伸缩因子βP ㊁βI 调整规则如表3和表4所示㊂表3㊀输出伸缩因子βP 调整规则Tab.3㊀Adjustment rules of output signal βPe e cNB NM NS ZO PS PM PB NBMB MB BZE BMB MB NM MB BZE S ZE BMB NS B ZE S MS S ZE B ZO ZE S MS MS MS S ZE PS BZE S MS S ZE BPM MB B ZE SZE B MB PB MBMB B ZE B MB MB表4㊀输出伸缩因子βI 调整规则Tab.4㊀Adjustment rules of output signal βIe e cNB NM NSZO PS PM PB NBGB GB MB MB B ZE ZE NM GBGB MB B B ZE S NS MB MB MB B ZE SSZO MB B BZE S MS MS PS B B ZE S S MS MS PM ZE ZES MS MS MS GS PB ZE S S MSMSGS GS4㊀仿真研究4.1㊀SVC 仿真模型及参数㊀㊀为验证模糊PI 控制以及变论域模糊PI 控制的可行性和控制效果,本文搭建SVC 详细模型,对常规PI㊁模糊PI㊁变论域模糊PI 控制三种方法在SVC 中的应用进行了对比仿真㊂图5为仿真模型示意图,仿真模型由短路容量为6000MV ㊃A 的三相可编程电压源和有功功率为200MW 的RLC 支路串联组成,RLC 支路的容性无功功率和感性无功功率为零㊂负荷侧和300MVar 的SVC 设备通过一台变比为735/16㊁容量为333MV ㊃A 的耦合变压器并联,SVC 设备包括1个109MVar 的TCR 和3个94MVar 的TSC㊂图5㊀仿真模型示意图Fig.5㊀Sketch map of simulation model变论域模糊PI 控制的SVC 电压调节器结构如图6所示㊂电纳信号B SVC 和U mes 的乘积得反馈电流,再乘以增益X S 得出电压反馈信号㊂设置SVC 参考电压为1.0pu,PI 电压调节器的参数分别为K P=0.5,K I =800㊂图6㊀电压调节器结构图Fig.6㊀Diagram of voltage regulator4.2㊀仿真结果及分析㊀㊀三种控制策略的控制效果对比曲线如图7所示㊂t =0s 时,由图7可知,TCR 的触发延迟角约为96ʎ,TSC1导通,此时TCR 从系统吸收无功功率等于TSC1向系统发出的无功功率,SVC 不向系统发出或吸收无功功率,电压幅值维持在1.0pu㊂t =0.1s 时,系统电源电压幅值由1.0pu 快速升高至1.023pu㊂由图7和图8(a)可知,TCR 触发延迟角从96ʎ逐渐降低为92ʎ,流过TCR 电流略微增大,而TSC1中仍有电流流过,说明TCR 先动作,此时TCR 从系统吸收的无功功率增多,SVC 吸收的无功功率增多;TSC1关断,同时TCR 触发延迟角从92ʎ快速升高至145ʎ,流过TCR 电流快速减小,TCR 从系统吸收的无功功率减少,由于TSC1向系统发出的无功功率减少量多于TCR 从系统吸收的无功68㊀电工电能新技术第40卷第9期图7㊀控制效果对比曲线Fig.7㊀Comparison curve of control effect功率减少量,SVC吸收的无功功率增多;TCR触发延迟角从145ʎ逐渐降低到93ʎ,流过TCR电流逐渐增大,TCR从系统吸收的无功功率增多,SVC吸收的无功功率值增大为100MVar,电压幅值从1.023 pu降低至1.01pu㊂t=0.4s时,系统电源电压幅值从1.01pu降低至0.918pu㊂由图7和图8(b)可知,TCR触发延迟角从93ʎ逐渐升高为165ʎ,流过TCR电流逐渐减小,而TSC1中没有电流流过,说明TCR先动作,此时图8㊀不同时刻TCR和TSC电流波形Fig.8㊀Diagram of TCR and TSC current waveformsat different timesTCR从系统吸收的无功功率减少,SVC吸收的无功功率减少;TSC1导通,同时TCR触发延迟角从165ʎ快速降低到98ʎ,流过TCR电流快速增大,TCR从系统吸收的无功功率增多,由于TSC1向系统发出的无功功率多于TCR从系统吸收的无功功率,SVC发出的无功功率增多;TCR触发延迟角从98ʎ逐渐升高到165ʎ,流过TCR电流逐渐减小,TCR从系统吸收的无功功率减少,SVC发出的无功功率增多; TSC2导通,同时TCR触发延迟角从165ʎ快速降低闫㊀君,王明东,李忠文.静止无功补偿器变论域模糊PI控制研究[J].电工电能新技术,2021,40(9):64-70.69㊀到98ʎ,流过TCR电流快速增大,TCR从系统吸收的无功功率增多,由于TSC2向系统发出的无功功率多于TCR从系统吸收的无功功率,SVC发出的无功功率增多;TCR触发延迟角从98ʎ逐渐升高到165ʎ,流过TCR电流逐渐减小,TCR从系统吸收的无功功率减少,SVC发出的无功功率增多;TSC3导通,同时TCR触发延迟角从165ʎ快速降低到98ʎ,流过TCR 电流快速增大,TCR从系统吸收的无功功率增多,由于TSC3向系统发出的无功功率多于TCR从系统吸收的无功功率,SVC发出的无功功率增多;TCR 触发延迟角从98ʎ逐渐升高至120ʎ,流过TCR电流逐渐减小,TCR从系统吸收无功功率减少,SVC发出的无功功率值增大为260MVar,将电压幅值从0.918pu升高至0.975pu㊂t=0.7s时,系统电源电压幅值从0.975pu快速升高至1.045pu㊂由图7和图8(c)可知,TCR触发延迟角从120ʎ逐渐降低为93ʎ,流过TCR电流逐渐增大,而TSC3中仍有电流流过,说明TCR先动作,此时TCR从系统吸收的无功功率增多,SVC发出的无功功率减少;TSC3关断,同时TCR触发延迟角从93ʎ快速升高到145ʎ,流过TCR电流快速减小, TCR从系统吸收无功功率减少,由于TSC3向系统发出的无功功率减少量多于TCR从系统吸收的无功功率减少量,SVC发出的无功功率减小;TCR触发延迟角从145ʎ逐渐降低到93ʎ,流过TCR电流逐渐增大,TCR从系统吸收的无功功率增多,SVC发出的无功功率减少;TSC2关断,同时TCR触发延迟角从93ʎ快速升高到145ʎ,流过TCR电流快速减小, TCR从系统吸收的无功功率减少,由于TSC2向系统发出的无功功率减少量多于TCR从系统吸收的无功功率减少量,SVC发出的无功功率减少;TCR 触发延迟角从145ʎ逐渐降低到96ʎ,流过TCR电流逐渐增大,TCR从系统吸收的无功功率增多,SVC 发出的无功功率值减小为0,电压幅值从1.045pu 降低至1.0pu㊂由图7波形可知,TCR+TSC型SVC是以TCR 作为相控细调,补偿感性无功功率;TSC作为分级粗调,补偿容性无功功率;两者协调控制,才能实现连续平滑地提供无功补偿,维持系统电压稳定㊂当系统电压变化时,采用变论域模糊PI控制的电压调节器具有更快速调节TCR触发延迟角的大小㊁快速地改变TSC导通数目㊁快速调节SVC向系统发出或吸收更多的无功功率,快速维持系统电压的稳定性的能力,具有更好的动态响应性能和无功补偿能力㊂5 结论㊀㊀本文在PI控制和模糊控制的基础上,采用变论域得到模糊伸缩因子,设计了变论域模糊PI控制器㊂对常规PI控制器㊁一般模糊PI控制器和变论域模糊PI控制器在SVC控制系统的应用效果进行了仿真对比研究㊂研究表明,应用变论域模糊PI控制的SVC系统,具有更好的快速响应能力和鲁棒性,能减小超调量使系统表现出良好的动态稳定性能,其控制效果比常规PI控制和模糊PI控制好,可更好地发挥SVC维持系统电压的稳定和提供无功支持的作用㊂参考文献(References):[1]温家良,吴锐,彭畅,等(Wen Jialiang,Wu Rui,Peng Chang,et al.).直流电网在中国的应用前景分析(Analysis of DC grid prospects in China)[J].中国电机工程学报(Proceedings of the CSEE),2012,32(13):7-12,185.[2]王玲,文俊,崔康生,等(Wang Ling,Wen Jun,CuiKangsheng,et al.).多馈入直流输电系统换相失败研究综述(Research survey of commutation failure in MIDC transmission systems)[J].电工电能新技术(Ad-vanced Technology of Electrical Engineering and Energy), 2017,36(8):56-65.[3]王庆,沙江波,杨鹏程,等(Wang Qing,Sha Jiang-bo,Yang Pengcheng,et al.).同步调相机对LCC-HVDC换相失败抵御能力的影响研究(Study of impact of SC on ability to defend commutation failure of LCC-HVDC)[J].电工电能新技术(Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy),2018,37(5): 29-36.[4]付敏,赫英明,印钊阳(Fu Min,He Yingming,YinZhaoyang).弱送端HVDC系统中无功补偿装置的性能分析(Performance analysis of reactive power compensa-tion device at weak sending end in HVDC system)[J].电力系统及其自动化学报(Proceedings of the CSU-EPSA),2019,31(6):129-136.[5]Su Qingyu,Quan Wanzhen,Cai Guowei,et al.An im-proved adaptive backstepping approach on static var com-pensator controller of nonlinear power systems[J].Inter-national Journal of Adaptive Control and Signal Process-ing,2018,32(5):700-712.[6]付伟,刘天琪,李兴源,等(Fu Wei,Liu Tianqi,LiXingyuan,et al.).静止无功补偿器运行特性分析和控70㊀电工电能新技术第40卷第9期制方法综述(Analysis of operating characteristic and survey of control methods used in static var compensator) [J].电力系统保护与控制(Power System Protection and Control),2014,42(22):147-154. [7]Jena Ramakanta,Swain Sarat Chandra,Dash Ritesh.Power flow simulation&voltage control in a SPV IEEE-5 bus system based on SVC[J].Materials Today:Proceed-ings,2021,39(P5):1934-1940.[8]Quan Jiexiong,Wen Caiquan.Analysis of a SVC devicefilter capacitor bank circuit breaker explosion[J].IOP Conference Series:Earth and Environmental Science, 2020,546(2):022007.[9]周晓华,刘胜永,王荔芳,等(Zhou Xiaohua,LiuShengyong,Wang Lifang,et al.).静止无功补偿器的模糊神经元PID电压控制(Fuzzy neuron PID voltage control for SVC)[J].电力电容器与无功补偿(Power Capacitor&Reactive Power Compensation),2016,37(5):37-40,46.[10]Keshta H E,Ali A A,Saied E M,et al.Application ofstatic var compensator(SVC)with PI controller for grid integration of wind farm using harmony search[J].Inter-national Journal of Emerging Electric Power Systems, 2016,17(5):555-566.[11]周金环,车延博,舒展,等(Zhou Jinhuan,Che Yan-bo,Shu Zhan,et al.).基于混沌变异粒子群算法的PSS与SVC阻尼控制器协调优化设计(Coordinated optimization design between PSS and damping controller of SVC based on CMPSO algorithm)[J].电工电能新技术(Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy),2018,37(5):58-64.[12]戴元海,彭建春,董凯(Dai Yuanhai,Peng Jianchun,Dong Kai).基于模糊-PI控制的SVC电压控制器的设计与实现(Design and realization of voltage controller for SVC based on fuzzy-PI control theory)[J].测控技术(Measurement&Control Technology),2009,28(9): 45-48.[13]杨晓峰,吴敬兵(Yang Xiaofeng,Wu Jingbing).一种改进的非线性神经元PID控制方法在高压SVC中的应用(Improved non-linear neuron PID control method for application of high-voltage SVC)[J].电工电能新技术(Advanced Technology of Electrical Engineering and En-ergy),2013,32(2):107-110,120. [14]张杰,撖奥洋,于立涛,等(Zhang Jie,Han Aoyang,Yu Litao,et al.).聚合变频空调参与微网调频的变论域模糊PI控制策略(Variable universe fuzzy PI control strategy of polymer frequency conversion air conditioning participating in micro network frequency modulation) [J].电工电能新技术(Advanced Technology of Elec-trical Engineering and Energy),2020,39(9):20-27.[15]曹明,陈新楚(Cao Ming,Chen Xinchu).变论域模糊控制器的设计(Design of variable universe fuzzy con-troller)[J].机电技术(Mechanical&Electrical Tech-nology),2012,35(4):2-4.[16]朱岩,郭军平(Zhu Yan,Guo Junping).变论域自适应模糊PID方法的研究与仿真(The study and simula-tion of fuzzy PID based on mutative field)[J].空军工程大学学报(自然科学版)(Journal of Air Force E-ngineering University(Natural Science Edition)),2005,(5):11-13,32.Research on variable universe fuzzy PI control of static var compensatorsYAN Jun,WANG Ming-dong,LI Zhong-wen(School of Electrical Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou450001,China)Abstract:In order to improve the regulation effect of the static var compensator(SVC)conventional PI voltage regulator and enhance its dynamic response performance and reactive power compensation capability,a SVC voltage control method based on variable universe fuzzy PI control is proposed.Based on the combination of conventional PI control and fuzzy theory,the technology of using fuzzy expansion factor to optimize variable universe is further im-proved.This paper compares the application of three control methods of conventional PI,fuzzy PI and variable uni-verse fuzzy PI respectively in pared with conventional PI and fuzzy PI control SVC,the simulation results show that the SVC based on variable universe fuzzy PI control can adjust voltage more quickly and flexibly,and it has better dynamic response performance and good reactive power compensation capability.Its compensation capa-bility can effectively improve the stability of the power system.Key words:static var compensator;variable universe;fuzzy PI control;voltage regulator。
模糊控制查询表的MATLAB 实现叶高文(厦门海洋职业技术学院,福建厦门361012)MATLAB realization of Fuzzy Control Query Table在运用模糊控制技术进行工业控制时,为了减少在线计算量,节省内存,提高PLC 等控制器的运行效率,通常根据隶属度函数和模糊控制规则表离线计算对应的模糊控制表,并将该表置于PLC 等控制器中,供实时控制时使用。
在实时控制过程中,根据模糊量化后的偏差值e 和偏差变化率ec 直接查询控制表以获得模糊控制输出量,再转换为精确输出控制量。
在实际的控制过程中由于微分作用的效果不是很明显,故很多实际情况中只采用PI 控制。
本文论述的对象是常用PLC 的模糊PI 控制。
不是PLC 的系统,可将积分时间转换为积分系数。
1模糊PI 控制模型说明本文提供一个实际工业控制的模糊查询表的MATLAB 实现过程,模糊PI 模型如图1。
图1模糊PI 控制器模型如图1,模糊控制器的输入量采用实际被控制量与给定量的偏差e 和偏差变化率ec ,参数整定机构采用增量型调整原理,输出为比例系数增量ΔK P 和积分时间增量ΔTi ,再经式K P =K P0+ΔK P 和式T I =T I0+ΔTi 计算得到PI 控制器的比例系数KP 和积分时间值TI 。
2模型输入输出模糊控制规则表2.1定义输入输出变量的隶属度矢量表一般情况下,输入量偏差e 和偏差变化率△e 以及输出变量ΔKP 和ΔTi 的离散论域都设定为13个量化等级邀-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6妖。
为方便MATLAB 编程,对相关的变量选择进行一些改变。
原先的输入变量偏差e 和偏差变化率ec 的量化等级邀-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6妖改写为邀1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13妖。
而输出变量ΔKP 和ΔTi 得量化等级保持为邀-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6妖。
离散论域模糊控制表的离线计算
一、题目
已知单变量两维输入,一维输出模糊控制器,其两维输入为E,EC,一维输出为I,论域均为E,EC,I∈{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},E的论域划分为{NB,NM,NS,NZ,PZ,PS,PM,PB},共8个模糊子集,其各自的隶属度函数如表1所示。
EC和I的论域划分为{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB},共7个模糊子集,它们的隶属度函数都如表2所示。
已知控制规则表如表3所示,试求解输出控制表(如当e=-6,ec=-6时,求输出i=?,最终输出的控制表格式如如表4所示)。
其中输入采用单点模糊法,输出清晰量采用加权平均法进行解模糊,可以用MATLAB编程计算。
各变量的隶属度函数以及控制规则表如下:
表3 控制规则表
二、基本原理
这是一个二输入、单输出的模糊控制器的设计,主要包括输入模糊化、模糊推理、解模糊等基本过程,现在叙述如下: 1、输入模糊化
在本实验实际过程中采用单点模糊集合的方法实现输入的模糊化,例如e 为离散论域E={-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},则x *=,0的输入模糊集合可表示为:
00000010000006543210123456
A =
++++++++++++------ 2、模糊推理
设某一时刻偏差为e *,偏差变化量为ec *,则可根据由各条规则给出的模糊蕴含关系进行合成推理运算,得到相应的输出控制量的模糊值:
*
*
*
**1
1
1
**1
(){()}{()[()]}
{[()][()]}
m n m n m n
l l l l l l l l m n
l l l l l U e and ec R e and ec R e and ec A and B C e A C ec B C ⨯⨯⨯*
===⨯====→=→→ 其中,m 和n 分别表示e 和ec 的论域所划分的模糊自己的个数,在本实验中,m=8,n=7,对应着本题目中规定的56条控制规则。
控制器设计的核心就是对上式进行编程。
3、解模糊
本实验采用加权平均的方式解模糊,其精确值的计算公式如下:
101
()n
i i
i n
i
i z k
z df z k
====
∑∑
三、实验程序:
实验最终采用的程序如文件program 中fuc1.m 所示,fuc1_1.m 和fuc1_2.m 为了说明程序优化使用。
就本题目而言,三个程序都可以解决问题。
Maxmin.m 是最大最小合成函数,供fuc1_1.m 运行时调用。
各个excel 表格说明如下:Input1_Terms_Membership.xlsx 、Input2_Terms_Membership.xlsx 、Output_Terms_Membership.xlsx 分别为两个输入变量以及输出变量的隶属度函数表,用于在MA TLAB 执行程序的时候读入,Output_Result.xlsx 为程序运行结果。
本实验采用的程序如下:
四、程序优化及讨论
1、此程序中各个变量表的输入都是通过excel实现的。
让MA TLAB通过程序从excel 表中读入数组到工作空间中,同时为了方便查看结果,又将结果写到excel表中。
这样,我们在设计一个二输入单输出的模糊控制器时,只需要在四个excel表中输入相应的数值,而不需要进行程序的修改,唯一需要修改的就是各个变量的论域。
整个程序的适应性还是比较强的,具有通用性。
但付出的代价就是计算时间的延长,而时间延长的主要部分就花费在读取excel表上:
可以看出,每读一个excel表,就要花费约0.7s的时间。
然而,这对一些数据量比较多的隶属度函数表来说是有利的,我们可以将隶属度函数表以excel的表格储存起来,直接调用,从而免去了在每次执行程序的时候在程序中修改输入量或者计算一个模糊控制器就新建一个新程序,这样对提高工作效率和程序的通用性还是有很大帮助的。
同时,我们也不需要担心输出的结果在MATLAB关闭以后就丢失,可以直接储存在excel表中。
本实验采用的程序时间复杂度如下:
此外,其中求56条规则的并采用在循环中每一次都与上一次求并,并且用此次的计算值冲掉上一次的计算值,这样就节省了硬件上RAM空间的开销。
2、在最开始的编程中,计算最大最小合成以及蕴含模糊关系时,我采用了子函数调用的方式,这样可以使得主程序变得简洁,而如果一个功能相同的程序段在程序中重复出现时,我们考虑到程序的简洁性,就采用子程序调用的方法,但这个方法带来的代价也是程序调用花费的时间开销。
这种方法的实现是通过fuc1_1.m实现的,程序段如下:
可见,该方法相比实验采用的程序,速度要慢。
3、如果仅考虑该实验,而不用考虑程序的通用性,直接在.m文件中输入各个变量,即略去读写excel的过程,同时也不采用子程序调用的方式,这样的程序运行速度就要快很多。
该程序运行所花费的时间明显要低很多。
4、综合分析
为了程序的通用性,同时考虑到在实际应用中,二输入单输出的情况居多,因此我采用了excel读入输入量的方法,并且省去了子程序调用的过程,采用fuc1.m的方式。
该程序对于二输入单输出模糊控制器的设计都是适用的。
五、心得与体会
通过此次实验的编程,我对二维模糊控制器的设计流程以及其计算原理有了更深的印象。
设计一个MA TLAB程序,我觉得需要考虑的因素主要有时间复杂度、空间开销以及程序的通用性等。
在针对一个问题进行编程时,好的思维习惯是能够尽量地将这一个问题抽象成一类问题,而针对这一类问题编程。
最后根据实际的问题综合考虑各个因素编写出最终的程序。
而且随着经验的不断增加,我们考虑问题就会变得越来越全面。