1 引言
随着工厂生产规模的扩大和自动化程度的提高，交流调速应用越来越广泛，而在造纸、纺织、轧钢等行业大量使用多电机同步传动系统。同步传动控制要求首先解决单电机转速的高精度控制问题，尤其是高速造纸机除了要解决因高速运行而引起的机械共振外，还要求解决电气控制上的间题．这些系统要求对数据传送速率高、输人信号响应快、跟踪误差小、升降速平稳、无超调（或小超调）、稳态精度高。由于异步电动机具有参数时变、严重非线性特性、强藕合性等不确定因素，精确模型难以建立，现有的数学模型也不易于工程实现，变频器要建模也非易事。模糊控制有效地解决了建模困的问题，使系统具有解耦能力，并且能抑制各种非线性因素对系统的影响，具有强鲁棒性，因此本文选用模糊控制，并采取了相应措施提高了控制精度。
传统的PLC 主要用于开关量控制，很难实现复杂算法。本文在硬件上采用奥地利贝加莱公司的可编程计算机控制器PCC（Programmable Computer Controller) B&R 2005 , B&R 2005面向工业应用，具有强抗干扰能力；模块化的软硬件设计使设计系统具有很好的开放性，节省了硬件元器件和电路，降低了成本，增强了可靠性；B&R 2005 带操作系统，可以用C 和Basic 等高级语言编程，可以实现模糊控制等复杂算法；其操作系统的分时多任务处理方式让控制系统具有了很好的实时性；可以通过现场总线PROFIBUS 、CAN 和以太网通信，通信速率高。本文给出的相关实验数据表明所采用控制方式能达到满意的效果，为高速造纸机传动控制提供了实现方法。
2 模糊控制思路
根据工程实际，采用如图1 所示的模糊控制系统框图。模糊控制能克服传统PID 控制超调量大的间题，但是普通的模糊控制存在稳态精度差和稳态颤振问题。因此，本文采用双模模糊控制，并加人PI 环节，这样施加在被控对象上的控制量u 具有非线胜PID 控制律，提高了稳态精度，有效抑制了颤振现象。
图1 模糊控制系统示意图
3 硬件构成
异步电动机转速控制系统的硬件框图如图2 所示。主控制器采用贝加莱公司的可编程计算机控制器B&R 2005 ，它将工业控制机（IPC ）及计算机集散控制系统（DCS ）以及可编程逻辑控制器（PLC ）融合在一起，主要应用于复杂程度较高的控制对象和过程控制系统。B&R 2005 软硬件均采用模块化设计，具有系统的高速响应，实时性好。更突出的是它带操作系统，可用Basic 和C 等高级语言编程，可以胜任模糊控制算法的编程。它的配置采用12 槽的底板3BP151.41 ，电源模块PS794 , CPU 模块CP260 ，并行处理器模块IF671 ，计数模块NC150。 IF671 提供了485 接口，用于控制变频器；NC150 提供两路光电编码器输人，接电机的转速反馈信号。
图2 转速模糊控制系统硬件方框图
Fig.2 Hardware configuration of the speed fuzzy control system
变频器采用Slemens 的Micr．ｍａｓｔｅｒ6SE3115，功率为2.2kW 。电机采用YVP 90S-4 型三相异步交流电动机，功率为1.1 kW ，额定电流3A ，电压380v , 额定转矩7N•m 。另外采用KZQ 一II 型磁滞测功机控制器，它提供负载转矩，能及时检测和显示电机的转速、转矩、输出功率和效率，并提供数据打印功能和带有接口可以通过计算机的串行口与计算机通讯。测速采用每转600 个脉冲的增量式光电编码器。
4 模糊控制器的改进和设计
4 . 1 语言变量、语言值和论域的选择
模糊控制器的输人语言变量选为电机的实际转速n和给定转速ng之间的误差。e﹦n一ng及其变化率e ，而其输出语言变量可选为控制变频器的给定转速u。这样就为转速控制系统确定了一个双输人单输出的模糊控制器。
输人语言变量误差E 、误差变化EC 以及输出语言变量U 的论域均选为｛﹣6 ,﹣5 ，...，﹣1 , 0 , 1 ，...，5 , 6 }。要提高基本模糊控制器的精度和跟踪性能，就必须对语言变量取更多的语言值，即分档越细，性能越好，但同时规则数和系统的计算量也大大增加，影响调试和控制的实时性[1] 。因此，在工程实际应用中必须选择一个合适的分档次数，使得控制系统既能满足控制精度要求和实时性要求，又能易于工程实现。鉴于此，此处E , EC 和U 的语言值均选为PB , PM , PS , ZE , NS , NM , NB 。
4 . 2 语言变量E 、EC和U 的赋值表的建立
语言变量的模糊子集的隶属度函数u（x ）究竟选用哪一种好，目前没有统一的理论依据。在工程应用的实际中，通常根据经验和实际控制要求确定模糊隶属度函数。一般情况下，高斯模糊隶属度函数的正态分布特性能满足大部分工程的精度要求和控制性能，所以采用高斯模糊隶属度函数。其数学表达式为
选定隶属度函数拜u（x ）的类型之后还得注意它的形状。隶属度函数的形状对控制效果影响很大，如图3 所示，图中窄型隶属函数 反映模糊集合 具有高分辨率特性，控制的灵敏度高；宽型隶属函数 反映模糊集合 具有低分辨率，控制的灵敏度低。一般在系统误差较大的范围内，采用低分辨率隶属函数，而在系统误差较小时，采用具有高分辨率隶属函数。确定隶属函数后并根据操作者实际经验修正可得列表格所示的语言变量的赋值表。表1~3 所示的分别是语言变量E , EC 和U 的赋值表。
图3 隶属度函数图
Fig.3 The membership functions
表1 语言变量E 的赋值表
Table 1 The value of language variable E
表2 语言变量EC的赋值表
Table 2 The value of language variable EC
4 . 3 建立模糊控制规律表
将操作者在控制过程中的实践经验加以总结建立模糊控制规则。通过总结操作者手动控制策略，可建立变频器控制的异步电动机转速控制规则的模糊状态表，见表4 所示。
表4 模糊控制规则表
Table 4 rules of fuzzy logic controller
