摘要：将变论域自适应模糊PID控制器应用于同步发电机的励磁调节与控制中、论述了控制器的结构设计、伸缩因子的选择方法．给出了具体的控制算法通过采集机端电压以及电压的偏差作为控制器输入，然后通过模糊处理．对比例、积分、微分系数进行实时调整．由于传统的模糊HD励磁控制器对这3个参数调节精度不高．借鉴变论域思想．通过选择合适的伸缩因子．对控制论域进行实时调整Matlab／Simullnk仿真结果表明所设计的变论域自适应模糊控制算法较传统的PlD励磁控制算法和模糊PID励磁控制算法具有响应速度快、调整时间短、稳定精度高的优势一

    关键词：变论域：同步发电机：模糊控制：励磁控制器：

     PID控制器0引言同步发电机是一种典型的“时变、非线性、强干扰、模型复杂”的系统．其控制研究取得了一定的进展和成果，但至今尚未有  个公认的系统模型这给那些依赖系统模型进行控制的方法带来，困雌、长期以来在同步发电机的励磁控制算法中普遍采用的是PID控制，由于系统模型经常发生变化受外界影响较大．因此常规的PID控制在实际运行中需要经常手动调节参数．这给励磁控制带来了极大的不便．而且控制效果也不甚理想，为了改善这种状况．许多专家学者先后提出了采用非线性控制、智能控制方法应用于励磁控制系统中，其仿真和实验的控制效果确实有了一定的改善，但是它们大幅增加了控制系统的复杂程度：

　　模糊PID控制由于结构简单．工业化应用较为广泛．因此可借鉴度高，近年米受到诸多学者的关注。

　　常规的模糊PID控制系统由于量化冈子、比例因子和论域的固定化．在实际的控制过程巾不能很好地满足调节范嗣和控制精度：文献[12]中首次提出变论域的思想．并指出在规则形式不变的情况下．论域随着误差变小而收缩．随着误差的变大而增大．从而提高了控制系统的调节范同和控制精度．变论域模糊PID控制器实际上就是  种在线根据误差调整论域的自适应模糊PID控制器，基于这种思想．结合同步发电机励磁控制的要求。本文将变论域自适应模糊控制应用于同步发电机励磁控制中。

1  变论域模糊PID励磁控制器设计

同步发电机的励磁控制主要包含励磁控制器、功率单元、同步发电机、测量单元等．这里以同步发电机的电压调节为例．探讨如何将变论域模糊HD控制器应用于该系统。下而首先给出同步发电机励磁控制系统的结构框图如图1所示。

l.1控制器结构设计

利用变论域模糊PID控制器的优势．设计基于变论域模糊PID控制的电压调节器结构如图2所示=l.2伸缩因子的选择所谓变论域是指沦域可以分别随着输入变最和输出变量的变化而自行调整，即论域x和y可以分别随着变量x和y的变化而自行调整，推广记为：输入变量是基本论域X(z)=[-α(x)E，α(x)E]，输出变量是基本论域Y(y)=[一β(v)K，β(y)K]，其中α(x)与β(v)称为论域的伸缩因子．E表示输人变量e和e．K表示输出变量．相对于变论域而言，原米的论域称为初始论域。一般地．伸缩因于满足对偶性、避零性、单调性、协调性、止规性，常见的函数有

2仿真实验

为了检验所设计的变论域模糊PID控制器的控制性能及效果．采用Matlah软件对其进行仿真测试；并对常规PID励磁控制器、模糊PID励磁控制器以及变论域模糊PID励磁控制器进行了仿真对比，其中控制系统各个部分的参数的设置如下：同步发电机τ=6 s，KF=1．O；电压测量单元τR=0．02 s，KR=1.0；功率单元τz=0.3 s，Kz=1.O。

    本文采用粒子群算法对PID控制初始参数进行了优化，经过编程实现得到粒子群优化的PID初始参数值为Ku=199325，ki=10 128，kd=29 6382.l  参数未变时的仿真对比采用阶跃信号模拟发电机空载起励磁进行仿真．这时系统参数如上所设置．仿真结果如图4所示(U为标幺值，下同)。

    从响应结果粗略看来．显然可以发现模糊PID控制

    a．通过使用r PS0优化算法来优化PlD的控制参数．所得到的控制参数应该是具有很好控制效果的PID参数。

    b．被控对象(励磁系统)所采用的是简化后的精确的数学模型表述．即被控对象在仿真过程中丝毫没有发生变化。

    但是，这2种情况在实际的丁况中是不可能存在的，实际工况中被控对象不可避免地随外界环境的变化而改变，并日外界环境有时还会发生恶劣的变化．扰动突然增加等．22参数发生变化时的仿真对比为了进一步显示变论域模糊PID控制器的优势，模拟实际的运行环境，不妨假设系统的状态发生了如F改变，其中τd由原来的6 s变为12 s．τ由原来的0．02 s变为0.08 s．这个假定只需要在simulink仿真环境下改变同步发电机的传递函数即可实现改变后的仿真结果如图5所示。

    将以上所有仿真指标列于表1．根据以P仿真指标可以看出：一方面．采用模糊控制与PID控制相结合，充分发挥了各自的优势．即系统响应不但具有很高的稳态精度．而且具有较快的响应速度和较小的超调量：另一方面．采用变论域的方法．南于对模糊控制器本身进行了优化调整．使得控制效果较模糊PID具有更好的快速性．并且对超调也有较强的抑制能力．为了测试变论域模jf~PID 0磁控制器的稳定性，不妨假设系统参数再次发生变化，r。由原来的6 s变为25 s．τ南原来的0．02 s变为0．08 s,．再次改变后的仿真结果如图6所示。

结合图6和表2所示的各种算法性能指标对照．从中不难看出．此时常规PID／励磁控制器由于超恻量远人于10％．这是在电力系统中不允许存在的．因此，此时的常规PID励磁控制器不能达到控制系统要求，相比较而言．模糊PID 励磁控制器较常规PID励磁控制器具有超调量小、稳定精度高的优点．但啊应速度略慢于常规PID励磁控制．而与此同时．变论域模糊PID／励磁控制器不仅具有超调量小、稳定精度高的优点．而日响应速度也是二者巾最快的．可见变论域模糊PID励磁控制器在实际运行环境中具有很好的控制效果和更强的鲁棒性。

3结论

变论域模糊自调整PID励磁控制器采川模糊推理方法对参数进行在线调整．以满足不同工况对控制参数的不同要求．仿真结果表明，它与经典PID励磁控制器和传统的模糊PID励磁控制器相比在改善系统动态品质及对系统参数发生改变时的鲁棒性均优于常规PID励磁控制器．在实际应用中有一定的推广价值。