模糊控制算法在异步电机节电器中的运用分析

关宁　阳晓昱

摘要：近年来，我国工厂种类越来越多样，电机应用范围和应用率也在逐渐扩大和提高，为了最大限度的节省电能资源、优化电机使用性能，应用模糊控制算法于异步电机节电器中，能够改变运行环境，同时，还会创新传统电机結构。本文首先对电机节电器工作原理做了基本介绍，然后分析了模糊控制算法，最后进行了试验运用分析。

关键词：模糊控制算法；异步电机；节电器

传统电动机已经不能更好的满足电能节约需要，并且运行环境适应性相对较差，电机节电器是在传统电机的基础上进行升级和创新，节能效果显著。应用模糊控制算法后，能够降低运行故障，而且还会优化电机节电器应用效果，由此可见，本文针对这一论题展开分析，现实意义十分显著。

1 电机节电器原理

电机即电能通过电磁感应定律完成基本的转换和传递的设备装置。电机效率公式为η=P2P1=1-∑PP1，其中P1、P2和∑P分别代表电机输入功率、输出功率和功率总损耗。据相关资料显示，大部分异步电动机在实际运行的过程中经常处于空载状态，并且电能资源在低效率影响下会相对降低。一旦轻载状态长时间持续，P2会相应减少，机械设备损耗维持同一状态；励磁电流并未发生明显变化，基于此，定子铜耗并未大幅度降低，此时电机功率却相应下降。面对这种现状，适当输入电压，则机械设备耗损值也会相应降低，能够有效实现节能、效率提升的目的。因此，应用模糊控制算法这一有效措施调节电压，同时，全面、及时监测电流值、电压值以及功率因素，并根据模糊控制原则，准确测量晶闸管导通角，再次完成电压适度调节工作，进而能够促进异步定子稳定运行、提高运行效率[1]。

硬件电路：在原理分析的基础上，如图所示设计电机节电器。设备型号为AT89C51，调节系统由单片机组组成，所设计的硬件电路能够实现特定时间段内电机模糊分析判断、数据分析处理以及功率测定。

检测后，能够相应获得电压值、功率因素、电流值，以此完成有功功率计算活动。其中，电机电压、工作效率要想有效稳定和提升，应对图示各硬件组成步骤、遵循工作原理全面了解，进而能够达到电能节约目标[2]。

功率因数检测的过程中，定子相电压信号会相继发生变化，同时，触发脉冲也会相继产生。定时器启动和闭合还应遵循电流运行情况，借助定时器数值能够完成电压值、功率因数计算，并且还会对电机起到良好的保护作用。

2 模糊控制算法基本介绍

2.1 模糊控制

了解模糊控制算法之前，应大致了解模糊控制技术。我国研究模糊控制技术与发达国家相比仅停留在较浅层面，并且研究时间较晚，这一技术主要以模糊语言变量、非清晰逻辑和集合论为应用理论基础，并利用智能优势完成自动控制工作，在非线性系统、繁琐系统以及控制变性系统中具有适用性，并在不同类型工厂具有良好的应用效果、节能优势显著。模糊控制在异步电机节电器中的适用性较强，并且能够实现良好的控制效果，其中模糊规则主要以实践经验为依据展开分析和判断，对于复杂问题，常以专家决策的方式予以处理。异步电机节电器在模糊控制的作用下，需要全面监测控制特征，根据系统运行需要针对参数有效调节，以此实现参数合理协调、高效控制这一目标，同时，有利于异步电机节电器系统优化。模糊控制应用不足具体表现：

首先，运行期间会出现负荷多次变动现象，这在一定程度上会使系统出现运行故障，异步电机节电器整体工作效果在参量变动的影响下逐渐弱化，进而热转化功能作用会随之下降，系统会消耗大量能源。然后，符合频繁变化过程中，系统仍在规划状态下开启工作模式，此时能耗量较多，能源浪费严重。最后，大功率设备的无限制应用，在限定状态下快速运行，这不仅会破坏机械设备的完整性，而且还会增加设备运行故障，进而导致设备使用周期缩短。

2.2 模糊控制算法

即在分析实验现象的基础上，针对性处理实验所得数据，基于此构建模糊性数学模型，数据元素能够在隶属关系作用下形成模糊集合，并明确隶属函数，主要是对事物本身进行模糊性分析。具体工作步骤为：输入量模糊化→构建模糊规则→形成模糊推理→输出量反模糊[3]。

設计：异步电机具有较强的耦合性优势，并且其与晶闸管具有非线性特点，利用数字模型并不能完成非线性时变关系显示。其中，参数多变性、变量强耦合性的系统能够借助模糊控制策略予以分析，这也为模糊控制算法提供了应用空间。设定负载率为M，公式表示为M=PPn，其中P和Pn分别代表实际输出功率和额定功率。负载系数变化率用公式表示为dMdt=Mi-Mi-1Mi×100%，选择输出变量值为晶闸管导通角，基于此，完成模糊控制算法模型（二维）构建。其中，隶属函数取值数量为七个，分别是正中、正大、正小、负中、负大、负小、零，分别用字母表示为PM、PS、PB、NM、NB、NS、ZE。模糊论域取值范围在负6和正6之间，间隔单位为两个，M实际范围在0～1之间，Δm实际范围在1～1之间，导通角范围在0°～180°之间，模糊论域数值表达式为x* = x*max x*min xmax xmin x xmin + xmax 2，M、Δm和导通角的隶属函数用梯形曲线表示，同时，构建模糊控制规则库。利用已知公式确定模糊量值后应适当变换，即借助变换法获取实际控制量，在此期间，利用加权平均法针对模糊量进行清晰化处理，这一过程即隶属函数加权平均值确定的过程。其中，变换公式如x* = x*max x*min xmax xmin x xmin + xmax 2。

3 试验运用分析

验证节电器在电能节约方面的效果，应试建实验平台，通过模拟实验的方式进行验证。模拟实验中三项电源电压为375V，为了简化测量流程，缩短测量时间，有针对性的测量三项功率，并对已获取读数进行乘3处理。模拟实验中的空气开关有两个，其中，开关L1主要负责电源，L2主要负责旁路开关；电机为3.5极；额定功率为1.4KW。实验电机改变负载的过程中，需要合理调节电位器H，同时，负载主要选用直流发电机[4]。

具体试验过程：首先，闭合L1和L2，开启异步电动机的同时，启动直流发电机，针对电机设备进行转速调节，使其尽可能的接近额定转速，M负载系数分别取值0.124、0.24、0.376等值，输入功率分别取值187.4、376、562.4等，针对设备所显示数值应具体记录。然后，闭合L1，断开L2，电机设备操作同上述同理，即开启异步电动机的同时，启动直流发电机，额定转速值尽可能的相近。针对已定数值0.124、0.24、0.376相应调节，测定输出功率数值，其中，节电器增加与否的试验结果表示如下表所示。

其中，节电率所应用的计算公式为β=P1-P2/P1。

从表中试验结果显示可知，节电器应用后能够在电能节约方面起到良好的节能效果，并且节能变化会随负载率而改变，二者的变化关系为：负载率越高，节能效果较差，反之，节能效果有效提升，应适当降低负载率，由此可见，二者成负相关，最高节电率应低于29%。这类产品积极研发，具有广阔的发展空间和应用价值[5]。

4 结论

综上所述，随着异步电机节电器应用数量的不断增多，再加上，我国大力倡导能源节约战略，积极主动应用模糊控制算法于该设备，同时，做好硬件系统设计工作、选用适合机型的节电设备，通过试验分析的方式进行节能效果对比。从模拟试验数据显示能够看出，要想获得良好的节电效果，应对节电率适当调节，以此达到电能节约、节电器性能优化这一目标。

参考文献：

[1]何永勃，夏文卿，董玉珊.基于模糊自适应算法的异步电机矢量控制系统[N].中国民航大学学报，2017，01：4751.

[2]鄭鵬.异步电机矢量控制系统模糊PI控制器分析[J]. 科技传播，2016，14：201202+250.

[3]高海燕，耿秀明，赵燕燕.基于Simulink电动轮车辆交流异步电机控制算法分析[J].机械设计与制造，2016，10：268272.

[4]张营，鲁守银.基于模糊控制算法的变电站巡检机器人路径规划[J].制造业自动化，2015，11：5355.

[5]荣德生，刘凤.自适应神经模糊算法在光伏MPPT中的仿真分析[J].微电子学与计算机，2016，05：9296.

作者简介：关宁（1988），女，河南平顶山人，硕士，助教，自动化（电机与电器）。