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1、目錄1緒論.12電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的設(shè)計(jì)原理.12.1基礎(chǔ)理論.12.2晶閘管.22.3啟動(dòng)的工作原理.23模糊控制器設(shè)計(jì).33.1模糊控制思路.33.2語言變量、語言值和論域的選擇.43.3語言變量和的賦值表的建立.43.4建立模糊控制規(guī)律表.63.5模糊條件推理.73.6量化因子KE,KEC和比例因子KU的確定.73.7提高穩(wěn)態(tài)精度并考慮克服顫振.94硬件電路的設(shè)計(jì)說明.94.1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖.94.2硬件系統(tǒng)軟啟動(dòng)電氣原理圖.104.3硬件系統(tǒng)電路框圖.114.4可靠性及采取的相關(guān)措施.125軟件設(shè)計(jì).錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1模糊控制的編程思路.錯(cuò)誤!未定義書簽。5.2主程序.135.3初

2、始化程序.145.4子程序.錯(cuò)誤!未定義書簽。5.5中斷程序.156結(jié)束語.15謝辭.15參考文獻(xiàn).1611緒論在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中，三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、維修方便、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此它在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。但是異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中，瞬時(shí)電流沖擊大，通常是額定電流的47倍，而且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩沖擊也很大。這將對(duì)電動(dòng)機(jī)本身、拖動(dòng)設(shè)備和電源設(shè)備的使用壽命有很大的影響，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓也會(huì)造成很大的沖擊，影響同一電網(wǎng)其他電氣設(shè)備正常運(yùn)行。在大、中功率異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程中必須限制啟動(dòng)電流。隨著工廠生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和自動(dòng)化程度的提高，交流電機(jī)應(yīng)用越來越廣泛。傳統(tǒng)啟動(dòng)異步電動(dòng)

3、機(jī)的方法很多，啟動(dòng)電流雖然得到限制，但仍然有電流沖擊。由于異步電動(dòng)機(jī)具有參數(shù)時(shí)變、嚴(yán)重非線性特性、強(qiáng)耦合性等不確定因素，采用傳統(tǒng)PID閉環(huán)控制解決異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中電流沖擊，存在如下問題：（1）異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中的閉環(huán)控制是非線性時(shí)變系統(tǒng)；（2）PID控制要求建立精確的數(shù)學(xué)模型，由于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型不清楚，現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型也不易于過程實(shí)現(xiàn)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型；（3）PID參數(shù)的調(diào)整也將是很困難的事。由于模糊控制主要是模仿人的控制經(jīng)驗(yàn)而不是依賴于控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型，因此模糊控制能近似的反映人的控制行為，無需建立控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型。本設(shè)計(jì)的軟啟動(dòng)器，運(yùn)用模糊控制原理，設(shè)計(jì)模糊控制器，通

4、過軟件編程適時(shí)改變雙向晶閘管的導(dǎo)通角，控制電機(jī)端電壓，減小啟動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)過程電流沖擊小的軟啟動(dòng)過程1。2電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的設(shè)計(jì)原理2.1基礎(chǔ)理論輕載運(yùn)行降壓可減小電動(dòng)機(jī)的損耗,異步電動(dòng)機(jī)的損耗P可用下式表示：P=Pcu1+Pcu2+PFe+Ps+Pm式中：Pcu1、Pcu2-定子和轉(zhuǎn)子銅耗；Ps-雜散損耗；PFe-鐵耗Pm-機(jī)械損耗；當(dāng)電機(jī)輕載時(shí)，輸出功率減少，同時(shí)轉(zhuǎn)子銅損Pcu2隨之降低；但PFe、Pm基本不變。由于勵(lì)磁電流保持不變，定子銅損Pcu1降低并不明顯，因此電機(jī)效率和功率因數(shù)有較大幅度的降低。如果在輕載時(shí)能適當(dāng)降低輸入電壓（因電機(jī)鐵耗PFe與電壓平方成正比，勵(lì)磁電

5、流也因磁通的減少而下降，使Pcu1減少，從而降低了總損耗p），使效率和功率因數(shù)得到電提高2。但應(yīng)注意端電壓也不能過分降低，為了保持同樣的輕載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電壓和磁通過份降低時(shí)，轉(zhuǎn)子電流必然回升，這時(shí)，Pcu1的降低程度就減少，甚至還會(huì)引起它們?cè)龃?；此外過份降低電壓有可能使電機(jī)帶不動(dòng)負(fù)載而產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)故障。22.2晶閘管晶閘管是在半導(dǎo)體二極管三極管之后發(fā)現(xiàn)的一種新型的大功率半導(dǎo)體器件，它是一種可控制的硅整流元件，亦稱可控硅。工業(yè)上常用的異步電動(dòng)機(jī)都是三相的，因此晶閘管交流調(diào)壓電路大都采用三相交流調(diào)壓電路。將三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管（或三個(gè)雙向晶閘管）分別接至三相負(fù)載就構(gòu)成了一個(gè)典型的三相交流調(diào)壓電路。負(fù)載可以是

6、形連接，也可以是Y形連接。通過雙向晶閘管相位控制以實(shí)現(xiàn)降壓節(jié)能。晶閘管的導(dǎo)通角大小是通過檢測電動(dòng)機(jī)的電壓與電流之間位移角亦可近似當(dāng)作功率因數(shù)角去實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)其負(fù)載電流滯后于電壓的位移角即功率因數(shù)角就小，也就是功率因數(shù)高。同樣當(dāng)負(fù)載較小時(shí)其負(fù)載電流滯后于電壓的位移角即功率因數(shù)角就大，也就是功率因數(shù)低。通過檢測上述功率因數(shù)角的變化去控制晶閘管的導(dǎo)通角，亦即使負(fù)載大時(shí)導(dǎo)通角大，電動(dòng)機(jī)的工作電壓高。反之負(fù)載小電動(dòng)機(jī)的工作電壓就低3。2.3啟動(dòng)的工作原理軟啟動(dòng)器設(shè)計(jì)的基本原理是以不同的速率增加晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)端電壓漸增，這樣，既可以大大減小啟動(dòng)電流，又不影響啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)電流、電壓根據(jù)負(fù)載

7、轉(zhuǎn)矩變化連續(xù)可調(diào)，此處采用的技術(shù)為啟動(dòng)開始后逐漸升壓，啟動(dòng)電流平穩(wěn)地增加，然后進(jìn)入恒流軟啟動(dòng)。這里采用了大功率晶閘管，而且使電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流可根據(jù)工況的需要而預(yù)先設(shè)定并連續(xù)可調(diào)，并使電機(jī)在啟動(dòng)電流始終維持在所設(shè)定的電流值，避免了啟動(dòng)沖擊電流。由圖1可見，全電壓直接啟動(dòng)的啟動(dòng)電流為額定值的6倍。該電流在電動(dòng)機(jī)圖1幾種啟動(dòng)方式的比較全壓啟動(dòng)自耦降壓啟動(dòng)恒流軟啟動(dòng)3接近50%轉(zhuǎn)速前幾乎不變，這樣大的啟動(dòng)沖擊電流會(huì)給電網(wǎng)帶來不良影響（如當(dāng)配電網(wǎng)容量不足或缺少足夠調(diào)節(jié)能力時(shí)，大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)會(huì)引起嚴(yán)重的線路壓降）。同時(shí)我們還知道，在一般自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)（主要在起動(dòng)過程即結(jié)束時(shí)），會(huì)有二次沖擊電流

8、，該沖擊電流當(dāng)然也同樣會(huì)給配電系統(tǒng)帶來不良影響。但恒流軟啟動(dòng)則可根據(jù)工況的需要將啟動(dòng)電流設(shè)定在所需要的電流值上，啟動(dòng)時(shí)該電流基本恒定4。但在一些工況中我們發(fā)現(xiàn)有些設(shè)備要求啟動(dòng)力矩很大（如攪拌機(jī)，皮帶輸機(jī)等重載啟動(dòng)），因此以后還需派生階躍恒流軟啟動(dòng)和脈沖恒流軟啟動(dòng)系列，如圖2所示，這樣就可較好地解決了該節(jié)電控制器可適用各種工況的要求。階躍恒流軟啟動(dòng)脈沖恒流軟啟動(dòng)圖2兩種特殊啟動(dòng)方式3模糊控制器設(shè)計(jì)3.1模糊控制思路模糊控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識(shí)表示和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。它的組成核心是具有智能性的模糊控制器，這也就是它與其他自動(dòng)控制系統(tǒng)的不同之處，模糊控制系統(tǒng)也是一種智能控制系統(tǒng)。模糊控制技術(shù)是一種由模糊數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、知識(shí)工程等多門學(xué)科領(lǐng)域相互滲透，理論性很強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)這種模糊控制技術(shù)的理論，即稱為“模糊控制理論”。因此模糊控制系統(tǒng)組成由單片機(jī)、模糊控制器、輸入/輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象和測量裝置等五部分組成。如圖3所示。根據(jù)工程實(shí)際采用如圖4所示的模糊控制系統(tǒng)框圖模糊控制能克服傳統(tǒng)PID控制超調(diào)量大的問題，但是普通的模糊控制存在穩(wěn)態(tài)精度差和穩(wěn)態(tài)顫振問題。因此，本文采用雙模模糊控制，并加人積分環(huán)節(jié)，這樣施加在被控對(duì)象上的t0t0電流I電流I