模糊PI控制在电梯门机系统中的应用

模糊PI控制在电梯门机系统中的应用 PI 模糊 控制在电梯门机系统中的应用 ，王鑫韩洪洪 ( 1, ，300072)天津大学 电气与自动化工程学院天津 : PI ，摘 要为改善电梯门机系统中固定的转速 参数不能根据电梯门重量变化而自适应调整的缺点提出一种改进 PI ，, ，的模糊 控制方法用于电梯门机控制系统中在永磁同步电机矢量控制速度环的模糊控制模块的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中创新性 P , Matab / Smunk ，， Ilili的引入电流对 参数的影响基于 的控制系统仿真结果和工程实验表明该方法可实现智能控制 PI ,相较于传统 系统对不同的电梯门机系统都可获得更好的动态性能 : ; ; ; 关键词永磁同步电机电梯门机系统矢量控制模糊控制 : TP273: Adoi: 10, 3969 / j, issn, 1673-095X, 2012, 04-05, 009中图分类号文献标识码 Application of fuzzy PI control in elevator door system WANG Xin，HAN Hong-hong ( 1, School of Electrical Engineering and Automation，TianJin University，Tianjin 300072，China) Abstract: In elevator door control systems，control results are not satisfied because constantI Pparameters cannot dajust au-tomatically to different door weights, An improved fuzzy PI control method is proposed in this paper to solve this problem,E mploying vector cnotrol method to cnotrol PMSM，a key step in the method is considering the current when the controller automatically tuning PI parameters, Simulation results and projects demonstrate that thnee w method，as an intelligent control method，has much better dynamic performances when controlling different kinds of elevator doors，especially compared with traditional PI control systems, Key words: permanent-magnet synchronous motor; elevator door system; vector cnotrol; fuzzy control ,2, ，，，根据实际情况进行人工调试增加了工作成本降随着电梯的广泛应用对电梯门机的控制要求 , , , 、、低了可靠性目前尚无人工智能控制方法本文提出 越来越高永磁同步电机具有体积小转矩大低速 ，性能好等优点在电梯门机中逐渐替代交流异步电 PI ，，参数的免调试一种改进的模糊控制方法实现 , 、S 、 机电梯门机的运行过程包括门刀动作型加速 ,改善其对不同类型的电梯门的适应性,1,S 4 ，、匀速型减速 部分开门与关门的运行曲线相 1, ，( ) ， i= 0 P I反同步门刀动作时门刀挂上放开厅门的瞬间矢量控制双闭环系统 控制器参数 d ( ) , 转动惯量大幅增大减小在应用交流异步电机的 设计 ，，门机系统中传动系统有较大的减速传动比折算到 ，d 在永磁同步电机的矢量控制中一般采用 轴 , 电机轴上转动惯量的变化小而基于永磁同步电机 ，的门机系统省去了减速装置转动惯量的大幅变化 i= 0 , ，电流 的控制方法对于双闭环调速系统电流 d ,对系统调速性能的影响很大 ，环是速度环中的一个环节因为速度环截止频率较 PI ， 电梯门机控制系统多采用双闭环 控制方法，，低可将电流环等效 成一个一阶惯性环 节约 为 PI ，、, 有两组 参数分别对应有无厅门的过程由于不 1 ，PI 1,采用 控制的速度环动态结构框图如图 ，同电梯门的重量和门宽不同即转动惯量变化的数 Ts + 1 0 ，PI 值和时间不同两组 参数的大小和切换时间需要 KKT、、，图中 表示速度环的比例积分系数为 p I 0 ，KJ ，电流环等效时间常数为转矩系数表示转动惯c : 2012-07-12,收稿日期 : ( 1989 ) ，，，E-ma: wxdhr@ sna, com,—ili作者简介王 鑫男硕士研究生 ,6, ,2控制方法框图如图 I 1 P图 采用 控制的速度环动态结构框图 Fig, 1 Structure of speed loop using PI control *TT，、、，、、量表示控制负载转矩ωω表示给定实际 c i r r ，, iq 电机角速度为 轴电流 q 2 图控制框图 1 由图 可以得出速度环的开环传递函数, 2 oc FigControl blkdiagramK PKK( s + 1)I C K I Mamdani ，、应用 模糊推理方法输入输出均采用 G( s) = ( 1) ASR 2 Js( T s + 1) o PI，三角形隶属度函数通过观察固定 的响应情况,3, h ，定义变 量 为 中 频 宽 度由 典 型 ? 型 系 统 、、、、 、、将输入 输出分为负大 负中负小 零 正小正中 K( s + 1) τ ( NB NM NS ZE PS PM PB) 7 , 正大个语言值整体控( s)W= 的参数设计 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 2 s( Ts + 1),6, : ，( E 制规律为若电流一定跟踪误差越来越大与h + 1 = hT，K = ( 2)τ EC ) K 、K ，，同号时增大 减小 以加快系统响应避免2 2 pI 2hT ; ( E EC ) 过大超调跟踪误差越来越小与 异号时减小KK、获得速度环控制增益 为 p IK、，, K、KK，增大 以减小稳态误差的控制规则如 p p II Jh + 1 K×=1 2 、,12 表 表 2 K ( hT ) ( 3)c 0, K= hTK 1 Kp 0 l表 控制规则 p ,4, Tab, 1 Control rules of K P , ，I可见速度环 参数与转动惯量成正比而p ，电流环与转动惯量无关故本文只对调速系统的速 PI ,度环 参数进行调整 dω T,T = J T、i，因为 与 成正比故转动惯量e l e q dt J T，，较大时由于摩擦等因素 变大对于相同的运行 l ，,状态电流更大 2模糊控制模块 P ，I转动惯量变化后系统对应的最佳 控制参数 ，PI ，, PI 不同若 参数不变则门机运行不顺畅模糊 控 2 K表 控制规则 I 、，制方法可通过判断误差误差变化率的实际情况在 Tab, 2 Control rules of K I PI ,一定范围内实时改变 控制参数 E 常见的二维模糊控制器以误差 和误差变化率 EC ，作为输入变量因此一般认为这种控制器具有模 ,5,, 糊微分控制作用在此用模糊控制器调整速度环 、，的比例积分系数可以获得微分和积分控制的优 ,6,，,点得到较快的动态响应和较高的稳态精度 PI ，将模糊 控制器进行改进为增强其对转动惯 ，，X EC 量的适应能力考虑电流的影响取 和 作为模 , ，糊控制器的两个输入其中 ，转动惯量小且未改变时取较小的控制量即可将| |i q ( | | ，a ，a )Ei为正常数q aX、EC NM PM ( 均控制在 到 范围内如表系统响应的 X =( 4), 1E( | | a)) ，, i、2 ? 表 中虚框所示此时电流一般较小转动惯量q : J =，a ，10 器输入通过合理的设置 的值来放大误差从而得有 厅 门 时 不挂厅门的转动惯量变化 倍2 2 , NBPB 、到所需要的更大的控制量在 这两列附近设 0, 01 kgm，J = 0, 001 kgm, ( a) 4??无厅门时 取图 ，置较大的输出语言变量可改善系统对转动惯量增 PI ，中跟踪误差较大的部分进行放大知改进的模糊 , 大的控制效果但是若系统在转动惯量小时的某时 ,控制方法跟踪速度曲线的能力有所提高 ，K刻误差很大采用过大的 可能会使系统产生振 P , ，C E荡而振荡时误差变化率很大在控制规则表中 PB、NB ，的 两行中设置较小的输出语言值可防患未 , ,然该控制规则亦能适应转动惯量由大变小的情况 3实验结果 3, 1 仿真实验 : R=选用如下永磁同步电机参数定子电阻 s 100 ，、= 0, 3 H，LΩ直轴电感交轴电感 永磁体磁链 q = 1, 91 W，T= 3 Nm，p= 5， ?ψ额定转矩 极对数 f b e n D = 0 N?ms / rad，摩擦阻力系数 电流环调节时间常 2= 1, 67 ms, J (kg m ) T?数 给 定 转 动 惯 量 初 值 0 0, 01，0, 7 s, 1，1, 6 s 0, 001， 0时阶跃变为 时阶跃变为 2 J = 0, 01 kgmPI，?采用 时的最佳固定 对方波的跟 4 I 图 电梯门机 速度跟踪曲线3( a) ，PI 3( b) ,踪效果如图 模糊 控制结果如图 Fig, 4 Tracking speed of eleuator door ? 2 J = 0, 1 kg m，，?改变电梯门类型挂厅门时 无2 J = 0, 001 kgm，?厅门时 挂与不挂厅门时转动惯量 100 , 变化 倍对 电梯门机速度曲线的跟踪情况如 5,图 3 图 不同方法跟踪方波信号 Fig, 3 Tracking square wave by different methods PI，，，可见若采用固定 在转动惯量变大时调节 ; ，, 时间较长转动惯量变小时系统振动较严重采用 PI，、，模糊 系统调节时间更短超调量更小而改进后 PI 的模糊 控制方法进一步增强了系统对大转动惯 ,量的适应能力 5 II 图 电梯门机 速度跟踪曲线 Fig, 5 Tracking speed of elevcdor door ? PI ，将模糊 控制应用到电梯门机的控制中跟踪 PI，，从仿真结果看出门重变化较大时原有固定 ，PI 参数不再适用模糊 控制方法仍能较好的跟踪速 ，PI , 度曲线改进的模糊 控制的跟踪误差更小将此 ，PI 方法应用到实际中不再需要调试两组 参数的数 ，,值和切换时间而且控制曲线更平滑 3, 2工程验证 PI 在电梯门机控制器中编程实现模糊 控制方 ，，6 法在电梯门机系统中进行实验选用门重相差 倍 ，P P II的两种门机固定 与模糊 控制器对轻门的跟踪 6, ，对比曲线如图 门开齐后速度为零为使电机输出 ，, ( 开门推进转矩系统需给定小转速来保持误差图 6、7 a ，b ) ,中 为给定曲线为实际曲线 7 图 重门的速度跟踪曲线实验图 Fig, 7 Tracking speed of heavier door , ，，数从而提高系统性能相较传统控制方法对于不 ，，同型号的电梯门机系统既可省去人工调试过程又 ，大幅提高了控制精度对的电梯门机系统有很好的 ，控制效果该方法同样适用于其他转动惯量变化剧 ,烈的系统 :参 考 文 献 ,1,，, 刘文泽冯顺萍电梯门机控制系统的运行曲线设计 ,J,, ，2003，11( 11) : 853-855,计算机测量与控制 , ,2,张 一永磁同步电梯门机控制系统设计和控制算法 6 图轻门的速度跟踪曲线实验图D,, : 2007,,，开发天津天津大学 Fig, 6 Tracking speed of lighter door ,3,, ,M,, : 陈伯时电力拖动自动控制系统北京机械工业 ，2003,出版社 ，将同样的控制参数应用于重门跟踪对比曲线 ,4,，, ,M,, : 刘 豹唐万生现代控制理论北京机械工业出7, ，P I如图 可见在门重大幅变化时模糊 控制方法仍 ，2006,版社, ,能很好的控制门机运行实验结果与仿真相符 ,5,，, ,M,, : 易继锴侯媛彬智能控制技术北京北京工业 2007,，大学出版社 4结论 ,6,, PD ，，，I吴振顺姚建均岳东海等模糊自整定 控制器 J, , 200436,,，的设计及其应用哈尔滨工业大学学报 ，本文在永磁同步电机的矢量解耦控制中提出 P ( 11) : 15781580,I-了一种改进的模糊智能算法来在线调整速度环 参