周晓珏

（江苏商贸职业学院，江苏 南通 226011）

0 引 言

随着电力电子技术、计算机控制技术和微电子技术的高速发展，高性能的交流调速系统得到广泛应用。变频调速系统优点多，适应性广，是交流调速系统发展的主流方向，是最佳的调速传动系统。一般而言，变频调速系统是以微电子装置为控制核心。可编程控制器（PLC）体积小、安装灵活、编程简单、抗干扰能力强和可靠性高，已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。很多情况下，PLC是与变频器配合使用的，由PLC提供控制信号，这样不但可使电机控制精度高，而且能使控制系统运行更加稳定。

1 控制方案

本控制方案引入模糊控制算法对电机转速进行调节。为使电机稳定运转，我们将给定速度与通过旋转编码器采样计算得到的实际速度相比较，产生的速度误差经PLC运算处理后输入到变频器以驱动电机，从而达到调节电机转速的目的。这是一个闭环控制系统，如图1所示。

2 硬件选型

结合江苏商贸职业学院实验室的资源，选用FX2N－32MR型号PLC、三菱FR－E700系列变频器、一台三相异步电动机、一台测量转子转速，以及提供反馈信号的旋转编码器。

图1 电机调速闭环控制系统

3 模糊控制器的设计

本设计选用基于软件的模糊控制器来实现对电机的模糊控制。

3.1 确定输入输出模糊变量

在对电机的转速控制中，采用二维的输入变量即转速误差e和误差的变化率ec，输出量为PLC输出脉冲的频率变化值u。PLC通过旋转编码器采样计算得到被控量的精确值，将此值与给定值比较，得到误差信号e和误差变化率de／dt。把误差信号e和误差变化率de／dt的精确量模糊化，变成模糊量E、Ec，经模糊推理后得到模糊控制量U，再进行解模糊得到u，将u送入变频器，从而实现对电机的控制。

在整个系统控制阶段，通过旋转编码器采样得到的信号是很清晰的，而模糊控制器的控制变量是模糊变量，因此，旋转编码器采样的信号必须先进行模糊化处理，才可被模糊控制器处理。此环节主要包括确定输入、输出论域，设计输入输出变量的隶属度赋值表。

3.2 建立模糊控制规则

控制规则是决定模糊控制器性能的关键因素，模糊控制规则采用adeh—Mamdani的“最大－最小”的方法进行合成运算，并且采用加权平均的方法进行输出变量的清晰化计算。

3.3 解模糊

因为通过模糊推理输出的是模糊集合，而变频器只能接受清晰值，所以在模糊推理输出到变频器中间须加上解模糊化环节。模糊控制量U可依据所选取的条件语句被算出，即获取关系如下：U＝（E×EC）R，即可获取模糊控制查询表。当对系统进行实时监控时，可通过查询此表，由输入误差和输入误差变化率的模糊值得到相应的控制值。通常，在PLC中，该查询表被储存于PLC存储器内，用于控制模糊控制器。

3.4 编写PLC模糊控制算法程序

一旦由旋转编码器采样计算得到的电机转速与频率的设定值不同，则须在PLC程序中调用模糊控制算法程序来对转速进行调节，从而确保电机按设定的频率工作。

在编写PLC模糊控制算法程序时，先将输入、输出变量的量化因子置入PLC指定的数据寄存器中，再将旋转编码器采集到的脉冲数换算成实际转速，比较转速实际值与目标值后得到转速的误差信号e和误差变化率ec，将误差信号e和误差变化率ec与量化因子相乘即可获得可查询模糊控制查询表的变量，查表后，将查表结果与输出变量的量化因子相乘即可获得输出控制信号，从而实现对电机的控制。

图2 模糊控制程序

模糊控制程序作为PLC的一个子程序，包括数据的读取、模糊推理及控制信号输出。PLC模糊控制程序如图2所示，查询表子程序如图3所示。

图3 查询表子程序

4 结束语

基于模糊控制的无级调速，把可编程逻辑控制器与模糊算法相结合，用可编程逻辑控制器来达到模糊控制的目的，不仅增强了变频调速系统的智能化水平，还发挥了可编程逻辑控制器可靠性高、适应性强、灵活等优点。此外用旋转编码器作为测量反馈信号的传感器，构成了一个闭环系统，不仅增强了变频调速系统的控制精度，还使系统获得更高的可靠性和更强的抗干扰能力。

［1］ 三菱通用变频器FR－E700使用手册［Z］.

［2］ MCGS嵌入版用户指南［Z］.

［3］ 三菱FX2NPLC说明书［Z］.

［4］ 王建伟.基于PLC的电机变频调速试验系统开发［D］.太原：中北大学，2010.

［5］ 陆春元，李素苹.基于PLC控制的三相异步电动机变频调速系统设计［J］.通用机械，2012，（5）：91－93.

［6］ 邵文权，景军锋.基于PLC和触摸屏的交流变频调速系统设计［J］.现代电机技术，2009，（10）：110－112.

［7］ Anon.Frequency control of crane hoist speed［J］.Steel Times international，2003，7（5）：23.

［8］ David A Geller.Programmable Controller Using the Allen－Bradley SLC－500 Family［M］.New Jersey：Prentice Hall，2004.