1 模糊PID軟啟動電路的結構及原理

模糊PID復合控制方法最大的優點是不依賴于被控對象精確的數學模型，適合于非線性、強耦合、不確定性的電機軟啟動復雜系統。異步電機軟啟動主回路結構見圖1，利用三對反并聯的單向晶閘管來實現交流調壓，晶閘管調壓的控制方式采用相位控制，用來改變晶閘管的相位角α，得到不同的電壓(頻率不變)，從而實現電機的平穩啟動。

交流電機定子電流經過濾波后與啟動電流給定值一起作為模糊PID調節器的輸入信號。dsPIC30F6014型單片機首先計算出啟動電流設定值與反饋電流的偏差和偏差的變化率，然后以電流及電流的偏差作為輸入量，經過模糊化后進行模糊推理，最后將模糊推理結果通過解模糊后作為輸出調節量。解模糊調節器輸出的觸發信號，送至驅動電路，由觸發角決定每個周期觸發脈沖的產生時刻，從而調節晶閘管的輸出電壓，從而起到限制啟動電流，減小沖擊轉矩的作用。

2 控制系統設計

人們運用模糊數學的基本理論和方法，把規則的條件和操作用模糊集表示，并把這些模糊控制規則及有關信息作為知識存入計算機知識庫中，然后計算機根據控制系統的實際響應情況，運用模糊推理，即可自動實現對PID參數的最佳調整，這就是模糊PID控制。模糊PID控制器以誤差e和誤差變化率ec作為輸入，利用模糊控制規則在線對PID的3個參數進行調整，以滿足不同時刻的e和ec對PID參數自整定的要求。模糊PID控制器的基本結構如圖2所示。在交流電機軟啟動的過程中，通過檢測啟動電流i設定值的偏差，以及偏差的變化率，這兩種檢測信號作為模糊PID控制器的兩個輸入，分別用e(kt)，ec(kt)表示，輸出為KP，KI，KD，再通過反模糊化，經過調節器輸出控制晶閘管的導通角，調整電壓的輸出，進而達到電機平穩軟啟動的要求。

(1)模糊化

在電機軟啟動控制器系統中設計模糊PID控制器時，采用雙輸入／三輸出模式的Fuzzy控制器結構。分別用e(kT)，ec(kT)表示，輸出為KP，KI，KD。為了方便描述，定義如下：式中：T為采樣時間；I(kT)為啟動電流給定值；I0(kT)為第k個采樣時刻的電流輸出。

(2)數據庫的建立

設e(kT)，ec(kT)的論域為：X={-3，-2，-1，0，1，2，3}，在其論域上取7個變量NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB。對變量e(kt)，ec(kt)采用均勻分布的高斯三角隸屬函數，如圖3所示。圖3中e(kT)，ec(kT)的隸屬度。

(3)規則庫和模糊推理

模糊控制器的規則庫是基于專家知識或手動操作人員長期積累的經驗，根據各參數的規則表進行模糊推理。模糊推理如下：

(4)解模糊

輸出量為KP，KI，KD，其論域、語言變量e(kT)，ec(kT)一樣，此處采用加權平均解模糊的方法，即：式中：U(kT)為清晰化值；Ui(kT)為模糊控制器輸出；μc(Ui(kT))為對應于Ui(kT)的隸屬度。

(2)數據庫的建立

設e(kT)，ec(kT)的論域為：X={-3，-2，-1，0，1，2，3}，在其論域上取7個變量NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB。對變量e(kt)，ec(kt)采用均勻分布的高斯三角隸屬函數，如圖3所示。圖3中e(kT)，ec(kT)的隸屬度。

(3)規則庫和模糊推理

模糊控制器的規則庫是基于專家知識或手動操作人員長期積累的經驗，根據各參數的規則表進行模糊推理。模糊推理如下：

(4)解模糊

輸出量為KP，KI，KD，其論域、語言變量e(kT)，ec(kT)一樣，此處采用加權平均解模糊的方法，即：式中：U(kT)為清晰化值；Ui(kT)為模糊控制器輸出；μc(Ui(kT))為對應于Ui(kT)的隸屬度。