【《模糊PI控制下垂控制器设计分析案例》3000字】

模糊PI控制下垂控制器设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u30971模糊PI控制下垂控制器设计分析案例 1218591.1模糊控制 1276981.1.1模糊控制的原理 152781.1.2模糊控制器的构成 2168951.2下垂控制改进分析 2159681.3模糊PI改进下垂控制器设计 447001.3.1基于模糊PI下垂控制频率和电压幅值设计 4304621.3.2模糊PI下垂控制步骤设计 51.1模糊控制模糊控制一词起源于美国，后由L.A.Zadeh在1960年代中期开发。L.A.Zade教授首先提出了它，目前已经在很多工程中项目被应有。计算机技术是模糊控制的基础，模糊控制听起来可能很难理解，实际就是它通过一定的方式将学者的研究成果和实时工作人员的阅历相结合转换为比较模糊的集合，被作为语言储备，然后经历了一系列模糊推理可以转变成机器容易识别的语言信号，模糊控制让计算机实现和人为一样的控制，所以相对传统控制更加智能化。这种方法相对于经典的控制方法来说，模糊控制大象的特定模型要求不高，通常用于复杂的非线性系统，可用于抑制小规模干扰。1.1.1模糊控制的原理 模糊控制器的工作原理不同于传统下垂控制的对受控对象建立数学模型进而进行控制的方法，常用的思路为让计算机有人类一样的有自己的控制经验。思路如下：第一步汇总相关专家的理论研究和工作人员在日常工作中总结的经验去作为电脑去控制机器的重要规则和依据，紧接着传感器会根据第一步制定的规则做出符合规则的动作，即分析采集的信号后传送到模糊域进行模糊化处理。第三步把经过模糊化的信号再通过清晰化处理变成电网的执行部分能够识别出的特征量，最后通过该特征量实现去被控对象的控制。若被控对象的输出量不是所最需要的，这就说明制定的规则不能满足时间需要了，需要重新制定。图1.1模糊控制的主要步骤图。模糊控制器模糊控制器模糊决策模糊量化处理计算控制变量-给定值+-A/D A/D D/A图1.1 模糊控制步骤图Fig.1.1Thebasicstepsoffuzzycontrol1.1.2模糊控制器的构成合理设计模糊控制器的各组成部分是确保被控对象达到有效输出状态的保障，一般情况下的模糊控制器包括四个部分组成，分别是模糊化、清晰化、模糊推理以及知识库，如图1.2所示是控制器的构成图。知识库由基于工人经验的规则库，主要包含认为一些控制经验和实现经验转换的转换因子的数据库。给定的值经过模糊化变成模糊域，紧接着是模糊推理，最后是清晰化处理。知识库在这三部起到了重要的作用，起到了监管的作用。最后经过清晰化的信号变成了系统对象可以识别的信号，起到了合理控制的作用。给定值给定值模糊化清晰化系统输出对象模糊控制器知识库图1.2 模糊控制器模块图Fig.1.2Modulechartoffuzzycontroller1.2下垂控制改进分析根据第3.3节可知，系数m和n在P-f和Q-V下垂控制下得到一组固定值，因为不同的传输阻抗，如果负载功率有很大变化，那么此时孤岛微电网微电源就会表现出很大的偏差在输出电压幅度和频率上表现。(a)频率变化(b)电压幅值变化(a)Thefrequencychange(b)Voltageamplitudevariation图1.3改进后电压和频率变化曲线图Fig.1.3Modifiedvoltageandfrequencyvariationcurves微电源的P-f下垂特性曲线、微电源Q-V下垂特性曲线分别是图1.3（a）、图1.3（b）。通过对曲线图分析分析可知，微电源输出的电压幅值和频率会基于微电源系统的负荷功率的变化而变化，最终导致与额定值出现偏离。想要实现电压和频率稳定的理想状态，下垂系数可以发挥重要的作用。所以可以对下垂系数调节来达到电压和频率的稳定。查阅了相关文献发现，以前大多时候对下垂系数的调控都是用PI控制，优点是可以有效减少偏差，缺点是对控制系数要求太过于精确，现实中很难达到这个条件。但是，模糊控制和传统的多环控制最大的区别是模糊控制不涉及控制对象的正确量值。缺点是系统的稳态错误值无法有效排除。PI控制只能弥补这个缺陷，PI控制可以具有高控制精度，其综合调整功能可以有效减少错误。因为两种控制各有优缺点，所以取长补短，两种控制方式合作使用就把两者的优势结合到一起，同时还互相弥补了缺陷。因此使得控制的效率大大提高，稳定状态下的误差也会减小。综上分析，方程式（3.1）和（3.2）调整为：（1.1）（1.2）在公式中修正因子有kmP、kmI、knP、knI。稳态负荷利用kmP、knP达到分配效果，kmI、knI能够对系统稳态误差进行消除。1.3模糊PI改进下垂控制器设计通过1.2节的分可以知道模糊下垂控制策略是在功率变化时发挥作用，可以调整公式（1.1）（1.2）中的下垂系数kmP，kmI，knP和knI，为了降低稳态误差，可以采取用PI控制方法。改进下垂控制系统框图如图1.4所示。图1.4改进下垂控制模块图Fig.1.4Pendantcontrolmodulediagram1.3.1基于模糊PI下垂控制频率和电压幅值设计模糊PI下垂控制模块构木块组成图如图1.5所示。首先，设定额定频率fn的偏差ef、频率偏差变化率ecf分别是fn-f、def-dt。由于这是两个不同的模拟量，因此，就应该要基于A/D模拟信号进行转换得到数字信量。然后对输入量根据规则会做相应的分析推理，经过推理后可以得到kmp和kmI两个清晰量，带入公式（1.1）中可以推出电压合成环节的参考频率f*。图1.5基于模糊PI下垂控制频率控制模块图Fig.1.5FrequencycontrolmodulediagrambasedonfuzzyPIdroopcontrol电压幅值模糊PI下垂控制组成模块如图1.6所示。经过下图一系列，微电源电压转换得到参考电压幅值V*。图1.6电压幅值模糊PI下垂控制系统图Fig.1.6FuzzyPIdroopcontrolsystemofvoltageamplitude最后在合成环节输入参考频率f*和参考电压幅度V*两个量，电压和频率在合成环节坐标可以发生变换后就可以得到的输入量，然而这两个量都不是只受电压和频率单一控制的，电压和对电流都对其有影响，所以对这两个量的控制就是对电压和频率的控制，也就是对微电网系统稳定性的控制。1.3.2模糊PI下垂控制步骤设计设计和选择模糊控制规则和解模糊方法能够有效确保电压幅值和频率稳定。（1）制定模糊控制规则在模糊PI下垂控制的策略下，要想系统达到理想的稳定状况，制定合适且实用的牧户控制规则表是重中之重。该表可以加快系统达到稳定状态，并且减少稳定误差。通过分析岛式微电网的运行特性，分析实验数据以及作为建议，表1.1为下垂系数kP和kI的模糊控制规则。设计原理如下：系统刚开始运行误差会比较大，利用减小下垂系数kp来防止过饱和的情况。同时增大下垂系数kI加快系统达到平稳状态，当达到稳定的系统状态时，可以增大相关下垂系数来减小误差。两者互相配合使得系统稳定又高效。表1.1模糊控制规则表Tab.1.1Fuzzycontrolrules推理算法的确定和模糊规则的建立紧密联系，它主要由模糊规则组成。确定控制规则中的隶属函数，标准（Mamdani）输入是我们使用的人最多的推理算法。在这种方法下，专家的知识、工人经验会通过一组文字去对规则进行表示，最常用的表述如下。if（xxxxxx）then（yyyyyy）x代表满足的条件，y则代表可以推出的结论。无论是x，先决条件还是y，这些都是模糊PI控制概念的体现，也是模糊控制规则具体外现。（2）解模糊法模糊值在模糊推理下得到，不能被受控部分所识别，要想负载正常工作，通过解模糊法，得到模糊量识别的清晰量，当下面积重心法是最普遍的。在面积重心法的作用下，图像的重心由隶属度函数曲线与其横坐标围成的，这个重心就代表了清晰的输出值。将μv（v）的加权平均值作为v的净值，即：（1.7）公式1.8可以解决离散论域的情况的问题：（1.8）如图1.9是通过解模糊得到的下垂系数kP和kI的输出立体集合图。kP输出立体几何图(a)SolidgeometryofkkI输出立体几何图(b)Solidgeome