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介紹西藏柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速方法
１面向Simulink數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)框圖
在建立了西藏柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的各模型后，就可用MATLAB的Simulink工具建立基于常規(guī)PID控制，變速積分PID控制，不完全微分PID控制和模糊PID控制的調(diào)速系統(tǒng)框圖。
１．１常規(guī)PID控制
首先看常規(guī)PID控制，下面是它的系統(tǒng)仿真框圖，這是常規(guī)采用的PID控制系統(tǒng)圖，通過(guò)對(duì)真實(shí)控制系統(tǒng)繪制仿真框圖，觀察采用常規(guī)PID控制效果。
１．２不完全微分PID控制
下面是不完全微分PID控制系統(tǒng)仿真框圖,圖２不完全微分PID控制系統(tǒng)仿真框圖這是在常規(guī)PID基礎(chǔ)上進(jìn)行了不完全微分，這是用來(lái)改善它的控制功能，取得更好的控制效果。
１．３變速度積分PID控制
下面是變速度積分PID控制系統(tǒng)仿真框圖。
１．４模糊PID控制
自適應(yīng)模糊PID控制是將自適應(yīng)控制的思想和常規(guī)PID控制器結(jié)合，吸收了自適應(yīng)控制和常規(guī)PID控制的優(yōu)點(diǎn)。首先它具備自適應(yīng)能力，能夠自動(dòng)識(shí)辨被控過(guò)程參數(shù)、自動(dòng)整定控制參數(shù)，能夠適應(yīng)被控過(guò)程模型參數(shù)的變化；其次它又具有常規(guī)PID控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。這使得自適應(yīng)PID控制成為過(guò)程控制中一種較為理想的控制方法。
如果用模糊控制箱設(shè)計(jì)出模糊控制器，再在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中建立系統(tǒng)仿真模型，把模糊控制器模塊和我們?cè)O(shè)計(jì)的ＦＩＳ結(jié)構(gòu)連接起來(lái)，就可以對(duì)它進(jìn)行仿真研究了，系統(tǒng)仿真框圖的建立關(guān)鍵是對(duì)ＰＩＤ三個(gè)參數(shù)Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ的整定，這必須考慮到不同時(shí)刻三個(gè)參數(shù)的相互作用和它們之間的關(guān)系。
下面從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來(lái)考慮Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ的作用，建立模糊規(guī)則表。
（１）比例系數(shù)Ｋｐ的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。Ｋｐ越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但容易產(chǎn)生超調(diào)，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。Ｋｐ取值過(guò)小，會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度變慢，延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特征變壞。
（２）積分作用系數(shù)Ｋｉ的作用是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Ｋｉ越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差越快，但Ｋｉ過(guò)大，在響應(yīng)過(guò)程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過(guò)程的較大超調(diào)。但Ｋｉ過(guò)小會(huì)使系統(tǒng)的靜態(tài)誤差難以，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。
（３）微分的作用系數(shù)Ｋｄ的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征，其主要作用是在響應(yīng)過(guò)程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。但Ｋｄ過(guò)大，會(huì)使響應(yīng)過(guò)程提前制動(dòng)，延長(zhǎng)了調(diào)節(jié)時(shí)間，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能。下面是進(jìn)行模糊控制PID控制的系統(tǒng)仿真框圖。
２對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究
建立了系統(tǒng)的仿真框圖后，就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，就可以比較采用常規(guī)PID控制和變積分PID控制，不完全微分PID控制，模糊自適應(yīng)PID控制的比較，并具體分析我們采用的模糊控制系統(tǒng)仿真框圖自適應(yīng)控制時(shí)的仿真效果。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真有助于我們對(duì)西藏柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的快速理解，并初步地分析出我們需要的控制參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)的研究有積極作用。
系統(tǒng)仿真圖通過(guò)ＭＡＴＬＡＢ中的模糊控制箱實(shí)現(xiàn)，同時(shí)根據(jù)自己控制系統(tǒng)的具體特點(diǎn)和要求來(lái)建立的，基本可以反應(yīng)控制系統(tǒng)的基本情況，可以起到很好的仿真模擬作用。
首先，比較常規(guī)PID控制和變積分PID控制，變速積分PID通過(guò)改變積分項(xiàng)的累加速度，使得它和偏差大小相適應(yīng)，偏差大的時(shí)候，積分慢；偏差小時(shí)，積分快，這就可以減少超調(diào)，同時(shí)更好地靜差。
下面比較一下常規(guī)PID控制和不完全微分ＰＩＤ控制的區(qū)別。不完全微分就是在PID算法中引入了一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，使得系統(tǒng)性能得到改善，在改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的時(shí)候又盡量減少高頻干擾。
介紹模糊自適應(yīng)控制和常規(guī)PID的比較，并對(duì)模糊自適應(yīng)控制的仿真進(jìn)行分析。這些都是基于前面建立的西藏柴油發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)模型的
可見模糊PID控制器和常規(guī)PID控制相比，它使得系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)時(shí)間減小，曲線更平整，反應(yīng)時(shí)間加快了，控制效果明顯更好了。同時(shí)模糊PID控制器在控制過(guò)程前期具有模糊控制器的特點(diǎn)，而在控制過(guò)程后期具有PID調(diào)節(jié)器的所有優(yōu)勢(shì)，是一種性能優(yōu)良的控制器，所以在實(shí)際使用中可以選用模糊自適應(yīng)控制方法。
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發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁電流的有關(guān)特性
一、直流發(fā)電機(jī)供電的勵(lì)磁方法；
這種勵(lì)磁方法的發(fā)電機(jī)具有專用的直流發(fā)電機(jī)，這種專用的直流發(fā)電機(jī)稱為直流勵(lì)磁機(jī)，勵(lì)磁機(jī)一般與發(fā)電機(jī)同軸，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組經(jīng)過(guò)裝在大軸上的滑環(huán)及固定電刷從勵(lì)磁機(jī)取得直流電流。這種勵(lì)磁方法具有勵(lì)磁電流獨(dú)立，作業(yè)比較牢靠和削減自用電消耗量等長(zhǎng)處，是曩昔幾十年間發(fā)電機(jī)首要?jiǎng)?lì)磁方法，具有較老練的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)歷。缺陷是勵(lì)磁調(diào)理速度較慢，保護(hù)作業(yè)量大，故在10MW以上的機(jī)組中很少選用。
二、溝通勵(lì)磁機(jī)供電的勵(lì)磁方法：
現(xiàn)代大容量發(fā)電機(jī)有的選用溝通勵(lì)磁機(jī)供應(yīng)勵(lì)磁電流。溝通勵(lì)磁機(jī)也裝在發(fā)電機(jī)大軸上，它輸出的溝通電流經(jīng)整流后供應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，此刻，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方法屬他勵(lì)磁方法，又因?yàn)檫x用停止的整流設(shè)備，故又稱為他勵(lì)停止勵(lì)磁，溝通副勵(lì)磁機(jī)供應(yīng)勵(lì)磁電流。溝通副勵(lì)磁機(jī)可所以永磁機(jī)或是具有自勵(lì)恒壓設(shè)備的溝通發(fā)電機(jī)。為了更好的進(jìn)步勵(lì)磁調(diào)理速度，溝通勵(lì)磁機(jī)一般選用100——200HZ的中頻發(fā)電機(jī)，而溝通副勵(lì)磁機(jī)則選用400——500HZ的中頻發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)的直流勵(lì)磁繞組和三相溝通繞組都繞在定子槽內(nèi)，轉(zhuǎn)子只要齒與槽而沒有繞組，像個(gè)齒輪，因而，它沒有電刷，滑環(huán)等滾動(dòng)觸摸部件，具有作業(yè)牢靠，結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)略，制作工藝便利等長(zhǎng)處。缺陷是噪音較大，溝通電勢(shì)的諧波重量也較大。
三、無(wú)勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方法：
在勵(lì)磁方法中不設(shè)置專門的勵(lì)磁機(jī)，而從發(fā)電機(jī)自身取得勵(lì)磁電源，經(jīng)整流后再供應(yīng)發(fā)電機(jī)自身勵(lì)磁，稱自勵(lì)式停止勵(lì)磁。自勵(lì)式停止勵(lì)磁可分為自并勵(lì)和自復(fù)勵(lì)兩種方法。自并勵(lì)方法它經(jīng)過(guò)接在發(fā)電機(jī)出口的整流變壓器取得勵(lì)磁電流，經(jīng)整流后供應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，這種勵(lì)磁方法具有結(jié)簡(jiǎn)略，設(shè)備少，出資省和保護(hù)作業(yè)量少等長(zhǎng)處。自復(fù)勵(lì)磁方法除沒有整流變壓外，還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機(jī)定子回路的大功率電流互感器。這種互感器的作用是在發(fā)作短路時(shí)，給發(fā)電機(jī)供應(yīng)較大的勵(lì)磁電流，以補(bǔ)償整流變壓器輸出的缺乏。這種勵(lì)磁方法具有兩種勵(lì)磁電源，經(jīng)過(guò)整流變壓器取得的電壓電源和經(jīng)過(guò)串聯(lián)變壓器取得的電流源。
發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁電流的有關(guān)特性
1、電壓的調(diào)理:
主動(dòng)調(diào)理勵(lì)磁體系可以看成為一個(gè)以電壓為被調(diào)量的負(fù)反饋操控體系。無(wú)功負(fù)荷電流是形成發(fā)電機(jī)端電壓下降的根本原因，當(dāng)勵(lì)磁電流不變時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓將隨無(wú)功電流的增大而下降。可是為了滿意用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機(jī)的端電壓應(yīng)根本堅(jiān)持不變，完成這一要求的方法是隨無(wú)功電流的改動(dòng)調(diào)理發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。
2、無(wú)功功率的調(diào)理：
發(fā)電機(jī)與體系并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以認(rèn)為是與無(wú)限大容量電源的母線運(yùn)轉(zhuǎn)，要改動(dòng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，感應(yīng)電勢(shì)和定子電流也跟著改動(dòng)，此刻發(fā)電機(jī)的無(wú)功電流也跟著改動(dòng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)與無(wú)限大容量體系并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為了改動(dòng)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率，有必要調(diào)理發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。此刻改動(dòng)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流并不是一般所說(shuō)的“調(diào)壓”，而是僅僅改動(dòng)了送入體系的無(wú)功功率。
3、無(wú)功負(fù)荷的分配：
并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)依據(jù)各自的額外容量，按份額進(jìn)行無(wú)功電流的分配。大容量發(fā)電機(jī)應(yīng)擔(dān)負(fù)較多無(wú)功負(fù)荷，而容量較小的則負(fù)供應(yīng)較少的無(wú)功負(fù)荷。為了完成無(wú)功負(fù)荷能主動(dòng)分配，可以終究靠主動(dòng)高壓調(diào)理的勵(lì)磁設(shè)備，改動(dòng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流保持其端電壓不變，還可對(duì)發(fā)電機(jī)電壓調(diào)理特性的傾斜度做調(diào)整，以完成并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)無(wú)功負(fù)荷的合理分配。
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