基于PLC模糊自适应PID路灯车变频调速系统的设计与实现   南海路灯车出租, 南海路灯车, 路灯车出租   传统路灯车主要采用接触器一继电器连接控制，调速方法多采用电机转子串电阻调速，该控制系统存在故障率高、控制精度低、装卸速度慢及能耗高等缺点。针对这些问题，国内针对路灯车的设计和控制系统展开了研究。随着电子技术的飞速发展，基于PLC程序控制的变频调速系统在路灯车中得到广泛应用PLC控制应用于变频控制系统中，有效提高了路灯车的可靠性和抗干扰能力。因此，本文立足于当前研究基础，提出了一种基于PLC模糊自适应PID的路灯车变频调试系统。系统将模糊自适应PID控制与PLC相结合，通过模糊自适应PID控制算法自动调整PID参数，用PLC实现自适应PID控制决策，进而对路灯车变频调速系统实现闭环控制。将PLC模糊自适应PID应用于路灯车的变频调速系统，实现对电机平滑调速，可大大提高路灯车的运行速度、控制精确度和平稳可靠性。

        1路灯车变频调速系统设计:  路灯车主要包括起升、变幅、旋转、行走四大工作机构。起升机构由1台变频器控制1台电机驱动货物的升降速度及2台常闭制动器，包括主钩和副钩。变幅机构由1台变频器控制1台电机改变吊起货物的幅度及1台常闭制动器。旋转机构由1台变频器控制2台电机驱动电机使得旋转部分进行3600旋转及2台常开制动器。运行机构由8台电动机驱动大车的左右行和小车的前后行，由2台变频器控制大小车的速度档，同时需要8台制动器控制电机和8台液压夹轨器控制路灯车稳定。路灯车四大工作机构均采用变频器控制，采用矢量控制变频调速，主要控制大小车运行速度、主副钩升降速度、旋转部分的旋转速度及变幅机构运行速度，因此对变频系统的控制尤为重要。采用用变频器代替传统的继电一接触控制，可简化操作，减少故障率；选用变频调速系统代替转子串电阻调速，可提高调速性能。

      硬件系统设计:  系统主要控制对象为三相异步交流电机、制动器、防风夹轨器、限位开关及声光报警器等，系统采用西门子PLCS7—300控制研究，其控制系统硬件结构框图。路灯车变频调速系统主要包括电机、变频器、PLC控制器及上位机，控制系统的核心是转速的智能模糊自适应PID控制：在交流电动机上安装旋转编码器实时采集速度信号并传输至PIC系统中的A／D模块进行模数转换，通过模糊自适应PID控制模块对数据进行模糊运算和参数自适应调整，利用增量式PID算法计算控制参数并传递给D／A转换通道，将数字参数转换成模拟电压信号，通过光耦隔离电路传给变频器。PLC和上位机采用Profibus--DP总线通讯，PI．C采集电机运行参数上传至上位机中显示，并通过上位机下达指令控制变频器的输出，从而远程控制电机的转速。 系统启动后首先对系统进行初始化和自检，初始化系统时钟、计数器及ADC模块，并检查系统本身是否存在故障，若发生故障则抱闸停车，故障指示灯亮起。系统根据按键或上位机指示选择运行机构，采集对应运行机构旋转编码器中的转速数据，在PIC系统中对数据进行模糊自适应PID运算处理，变频控制输出I参数至变频器中对电机转速进行控制，并将数据上传至上位机中进行显示。

       根据路灯车实际工作可知，其起升和变幅机构工作速度约为50m／rain，旋转机构运行速度约为1．2r／rain及行走机构为25m／rain，由此可知路灯车工作速度缓慢，需控制精确才能确保到位。为了提高路灯车调速的精度和可靠性，本文将传统PID算法与模糊控制有效结合，应用于路灯车变频调速系统中，构建了模糊自适应PID变频调速控制系统结构。  操作人员根据实际需要将转速设定值输入至系统中，并与电机实际转速值相比较，得到误差e和误差变化率ec作为模糊控制器的输入变量语言，PID的3个参数Kp、Ki、Kd为输出。控制器包括模糊控制器和常规的PID控制器，根据输入输出变量之间的模糊关系在线对PID参数进行自适应整定，实现对变频调速系统的最佳控制。

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       输入输出变量模糊化交流电机安上增量型旋转编码器，PLC对编码器采样获取交流电机实际转速的精确值，并与给定值进行比较得到偏差e和偏差变化率ec。取误差e和其变化率ec的基本论域，将输出变量Kp、Ki和Kd的模糊子集记，分别量化至)的区域内。根据经验和工程应用情况可知，本系统选用三角形隶属函数来获取输入变量e和Pf的隶属度赋值表，其中NB为S形隶属度函数，PB为Z形隶属度函数。

        建立模糊控制规则: 系统采用二维模糊控制器，以误差e和误差变化率。r为输入变量。模糊自适应PID是基于传统PID算法，计算当前误差e和误差变化率de并利用模糊规则进行推理，查询e和ec的模糊规则进行PID参数计算， 设计模糊控制函数PID的3个参数Kp、Ki和Kd是随着输入e和ec的变化而变化的，因此要求出参数Kp、Ki和Kd，就相当于要寻找一个由未知数e和ec构成的二元函数。拟合误差值相对较大，根据实际仿真图可知是由于存在几个离散点导致，但对整体性能影响不大，因此仍可选用，3作为△Kd的拟合函数。3模糊PID变频调速系统的PLC实现3．1实际控制系统说明本文组成的控制系统硬件使用西门子S7—300CPU315—2DP，模拟数字量处理采用SM3系列AD模块实现。PLC采集旋转编码器信号作为模拟量输入，旋转编码器变送的是O〜±10V的电压信号，控制路灯车工作转速的执行机构是交流电动机，通过三相SCR移相调压装置控制变频器的电压，移相调节装置是由PLC模拟量输出模块输出的4〜20mA电流控制。

       路灯车中的变频器采用了电压矢量PWM控制，根据相关资料得知可将变频器近似表示为带有纯滞后的一阶惯性环节，其传递函数为VaKa·e，其中Ta是平均滞后时间，为0．6倍的变频器频率加速时间。同时，异步电动机的传递函数为Gb=Kb／(Tb·s+1)，其中n为电机的时间常数E7。所以系统的变频调速系统传递函数由两个一阶惯性环节串联而成。将模糊自适应PID调速系统与没加入智能算法的变频调速系统进行比较。仿真结果表明，加入模糊自适应PID智能算法的变频调速系统比传统的变频调速系统具有更好的适应性和控制效果，超调量低于2％，稳定时间在0．03S，控制平稳速度快，显然加入智能算法至路灯车变频调速控制系统具有良好的控制效果。传统只采用继电一接触器控制的路灯车整机功率为390kW，且有功功率低下，只有0．7左右心；采用模糊自适应PID变频调速方案，路灯车整机功率约为310．3kW，减少了近20％，且有功功率也提高至0．89，节能效果明显。

       在路灯车的运行过程中，在PIc变频调速系统加入模糊白适应PID智能算法，代替传统的接触器一继电器控制方式，实现对路灯车变频调速系统的精确控制。同时，系统设汁出PIC运行函数的方式代替常规的查表模式，加快了对调速系统的控制速度。从实验仿真结果可以看出．基于PIC模糊臼适应PID路灯车变频调速系统超调量低于2％，稳定时间在0．03s，相较于传统的变频凋速系统具有调速平稳快速、抗干扰且动态适应能力强等优势，能精确控制路灯车的运行机构。并且，采用PIc自适应PID模糊控制，可延长路灯车的使用寿命，有效减少路灯车的用电量。

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