智能控制在变频调速系统中的应用研究

VIP免费
3.0 高德中 2024-11-19 5 4 5.28MB 64 页 15积分
侵权投诉
第一章 绪论
第一章 绪论
近年来,电力电子技术发展迅速,广泛应用于电力、冶金、铁路等领域,在众
多领域发挥出其高效节能的优点。以电厂锅炉供水为例:以变频调速为核心的智
能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备;该控制系统起动平稳,
起动电流可限制在额定电流以内,从而避免了起动时对电网的冲击;由于泵的平
均转速降低了,从而可延长泵和阀门等的使用寿命,其稳定安全的运行性能、简
单方便的操作方式、以及齐全周到的功能,可使供水实现节水、节电、节省人力,
最终达到高效率的运行目的。在大力提倡节约能源的今天,研究这种高性能、经济
型的控制系统,对于提高劳动生产率、降低能耗具有重要的现实意义。
在实际应用中,变频调速系统受到电机速度变化、外界干扰等很多因素的影
响,存在非线性,而且系统模型也无法完全精确描述, 由于受到参数整定方法烦
杂的困扰,常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳,对运行工况的适应性比
较差。神经网络源于对脑神经的模拟,具有很强的适应复杂环境变化和多目标控
制要求的自学习能力,并有以任意精度逼近任意非线性连续函数的特征。因此,
本文结合神经网络与变频调速技术的特点,探讨将神经网络应用在调速系统的控
制中,对其进行分析研究。另外,本文还对神经网络的实现问题进行了初步探讨,
并且在现场可编程门阵列(FPGA)中实现了优化后的算法,从而改变了以往的
研究中单位机软件仿真来实现神经网络的限,为智能控制进一步的实际
应用开辟路。本章介绍论文的相关研究背景和论文的要内创新
§1.1 变频调速技术的发展现
:在大功率-变频调速技术方国阿尔斯通已能提供单机
容量3kW 的电气传动设备用船舶推系统。在大功率换向器电机变
调速技术方ABB 提供了单机容量6kW 的设备用能电
在中功率变频调速技术方德国西公司 Simovert A 电流型晶闸管变频调速
设备单机容量10~2600 kVA Simovert P GTO PWM 变频调速设备单机容量
100~900 kVA,其控制系统实现全数化,用于电力机机、水泵动。
流变频调速技术BJT 变频器最大单机700
kVAIGBT 变频器已形成系列产,其控制系统也实现全数化。
内现总体上看我国气传动的技术水平较进水平差10~15
年。在大功率-换向器电机等变频技术方研单位有能力
在数化及系统可性方外还相当。而这诸如
能电起动及运行、容量风机、机和动、矿井卷扬机方
有很求。在中率变频技术方几乎的产品都是普V/f
1
智能控制在变频调速系统中的应用研究
制,少量控制,质量还不能满足市要,年大
[1][2]
§1.2 控制论在变频调速系统中的应用
统的PID控制算法简单并且实用,己成为标算法。的变频调速均
PID控制单仅需反馈量接入到变频器的反馈端子并设定参数,投入
使用。前国内多数的机、系统用这种控制方式。但是实际系统非线性
系统,变化较大时,系统的运行状态变化范围也较大,那么固定参数的
PID控制无法适应这种变化的,因而控制品质将变差,甚至造成系统不稳定。
智能控制的气传动领域的控制策略带新思想智能控制
论还于研究与发展中。将智能控制应用于电气传动领域一定要用智能控
制非线性、变结优等功能优,来克服气传动系统的变参数与非线性因
素,从而提高系统的鲁棒性。下面介绍两要的控制方式。
§1.2.1 控制
控制是处理不确定对的有效方法一。对于参数变化无常的系统,模
控制能很好地体的优性。这种控制方式不知道的精确模型,
一种语言控制器,能实现对非线性、大后特性对的控制;对数学模型不
楚或参数时变的对以及常规PID算法控制效理想的场合,也能到很
应用。模控制出的优点对不同过程控制的适应性强,具有强的鲁棒性,而
且结简单、于实现。但是常规模控制的稳响应不及PID控制,为此有不
中将模控制与PID控制结合起来形成的模PID控制,改了系统的
特性[2]
§1.2.2 神经网络控制
尽管控制的优点很出,但仍然有一,其要的是缺乏分析
和设控制系统的方法且模则库的设和实现相当。近年来,神经网络
控制己成为一种全的智能控制方法,它是一种大规模并行、分信息处理
统,具有一定的自学习、自适应、非线性映射能力和容错性,在控制领域的应用中
了一定的成果,为解决高度不确定性和重非线性的复杂动系统的控制问
开辟了一条新途径。神经网络与现有的控制方法结合,在提高控制精度的
时也为神经网络的实现创造条件[2][3]
过去二十多年,神经网络在模式识别信号处理等领域中获得广泛应用。
于人工神经网络的并行结,很适合多传感输入,在条件监控、系统诊断中能
决策的可性。
反向传播网络(BP网络)使用最普遍的神经网络一,要有足够
2
第一章 绪论
多的隐含层数与节点数,通过的不学习,能以任意精度逼近定的非线性
函数。但隐含层数、节点数以及节点激励函数的选择没行经,网络的学习速
率与收敛稳定性这对矛盾需解决本与德国的研究人员试图将神经网络用于
控制装置但没获得成功。障碍就是学习花费间过长,网络收敛
以,这个值得关注的研究领域。有论文讨论将神经网络直接用于
对变频调速领域的控制[4][5]
§1.3 本文的要研究内创新
本文提出了将统的PID控制思想与神经网络结合,构建一种型的神经
网络PID控制器,并将此控制器应用在变频调速系统中进行研究,分析其控制效
时,本文用变频器搭建了实际的压供水的变频调速系统平并进
行了实际系统的PID参数调;此外,设了变频器功率电路实验板,在实际
的系统中完变频调速功能,时还在神经网络的实现问题进行了研究,将神
经网络算法进行优化,并在现场可编程门阵列(FPGA)中实现。
本论文分为五部分,本章为第一介绍了论文的相关研究背景
意义以及本文的要工作及结
介绍PID控制在变频调速中的应用研究,包括变频调速的节能
分析、PID变频调速控制系统实验装置的设与实现,实际动用变
频器的环调速系统。
介绍了神经网络控制算法的研究,分析了PID控制上缺陷
提出了高BP神经网络控制算法,并设了神经网络控制器,通过Matlab仿真
比较种控制方式的效
要进行了神经网络的实现研究,分析了神经网络化的
和方法,对FPGA实现神经网络算法的优进行分析,对要实现的神经网络
算法进行了优化,使其适合实现,最终出了经Modelsim功能仿真后的
介绍了变频器实验板主电路的设与实现。设IGBT 功率
PIM)为核心的整流、变功率电路,动电路,流、保护电路,并
加载正弦脉宽调制控制信号SPWM电机负载联合调,最后出了实
。经最终表明:实验板工作,为今后智能控制变频器的实现
最后对本文的结与展
本论文包括下三个创新点:
1)将统的PID控制规和神经网络结合,构建了高BP神经网络PID控制
3
智能控制在变频调速系统中的应用研究
器,将此控制器与PID控制的性能进行仿真对比。
2)用现场可编程门阵列(FPGA来实现神经网络算法,并且对算法进行
优化,使便于用实现并节省了源,这智能控制算法实现的核
心,为以后算法的进一步实际应用确
3)实际动用变频器的变频调速系统和位机控系统;设
了变频器的功率实验板包括PIM电路、动电路等并且接入控制板带电机
此完了智能控制算法的
4
PID 控制在变频调速中的应用研究
第二章 PID 控制在变频调速中的应用研究
本章以电厂锅炉供水为例,介绍变频调速的节能PID控制在变频
调速中的应用,出了实际调变频调速的参数,分析了参数整定时到的问题。
变频调速压供水系统要由水泵、电动机、管道和阀门等构成常由
电动机动水泵转来供水。压供水在供水网系中用水发生变化时,出
压力保持不变的供水方式。这可以满足需求,不使电机造成
。为了实现述目标,要变频器根据定压力信号反馈压力信号,调节水
泵转速从而达到控制网中水压定的目的。
§2.1 变频调速在锅炉供水系统中的工作
变频供水系统是通过变频器调节步电机的转速,从而改变水泵的出水流
而实现压供水的。因此,供水系统变频的实质是步电动机的变频调速,而
步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变步转速,从而实现调速的
根据异步电动机转差率的定义:
(2-1)
步电机的步转速为:
(2-2)
步电机的转速为:
(2-3)
其中: 为电机步转速(理想空载转速);
为电机转子转速;
为电源频率;
为电动机对数。
由式可对数 不变时,电机转子转速 与定子电源频率
因此连续调节步电机供电电源频率,可以连续平调节电机的步转速
从而调节转子的转速。
变频调速时,从高速到低速可以保持有限的转差率,因而变频调速具有高
率、高精度、调速范围广、性较高、特性较的优点,已成流调速的
要发展方[1][6]
§2.2 变频调速的节能原理
机、设备多数步电动机直接动的方式运行,存在动电流大、
冲击、保护特性差等点。影响设备使用寿命,而且负载出现机
时不能动作保护设备,时常出现泵损坏时电机也被烧毁的现
5
智能控制在变频调速系统中的应用研究
近年来,出于节能的迫切要和对产质量提高的要求,之采变频
操作、维护控制精度高,并可以实现高功能化等特点;因而用变频器
动的方始逐步取代门、、阀门的控制方
§2.2.1 泵的特性分析
量是泵在使用程中要调节的要参数。调节泵流方法:一
节流调节,泵的转速不变,改变阀门的开关来调节流大阀门,流
速调变(变)
改变泵的转速以进行流调节。转速高,流量增;转速降低,流节流
调节有大耗在节流,一方达不到节能降耗的目的,另一
用水量少网的压力,对路性能有较高的要求用变频器进行
速控制是解决上述问题的一种有效
§2.2.2 水泵变频调速的节能
,泵负载与速度的平方比,功率与转速的比。
因此,用变频器改变其转速,可以获得显著的节能效。而用常用的出
控制,当开时,,不适范围调节流,在低速功率
不多,从节能的度来看是不适的。入口控制,比出
制流调节范围广,小开度时功率大与流量成比例降,节能效果仍然
不及变频调速。2-12-3可以说明泵变频调速的节能线(1)为泵在
转速下满负荷系统阀门全运行时的()点和效率点的轨迹线
(2)负荷时,系统阀门时的力特性线,泵要克服磨擦,压力
的平方而变化。泵的运行工况点泵的特性线与线的点,
用阀门控制时,由于要关小阀门,使阀门的磨擦阻力变大,
线从(1)(2)到 ,流到 ,运行工况点
从 点到 点。从中可以出,流()
功率P比调节不多。用变频调速,随着转速降,()——
特性变为2-2中的线1,系统工况点也由 点变到 点,代表轴功率的
调节时显著减即是节省的功率,2-3中的
6
摘要:

第一章绪论第一章绪论近年来,电力电子技术发展迅速,广泛应用于电力、冶金、铁路等领域,在众多领域发挥出其高效节能的优点。以电厂锅炉供水为例:以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备;该控制系统起动平稳,起动电流可限制在额定电流以内,从而避免了起动时对电网的冲击;由于泵的平均转速降低了,从而可延长泵和阀门等的使用寿命,其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能,可使供水实现节水、节电、节省人力,最终达到高效率的运行目的。在大力提倡节约能源的今天,研究这种高性能、经济型的控制系统,对于提高劳动生产率、降低能耗具有重要的现实意义。在实际应用中,变频调速系...

展开>> 收起<<
智能控制在变频调速系统中的应用研究.doc

共64页,预览7页

还剩页未读, 继续阅读

作者:高德中 分类:高等教育资料 价格:15积分 属性:64 页 大小:5.28MB 格式:DOC 时间:2024-11-19

开通VIP享超值会员特权

  • 多端同步记录
  • 高速下载文档
  • 免费文档工具
  • 分享文档赚钱
  • 每日登录抽奖
  • 优质衍生服务
/ 64
客服
关注