CN110085479B - 基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制方法 - Google Patents

基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制方法。采用人工神经网络建立电流闭环控制下的接触器神经网络模型，通过检测接触器的线圈电流及线圈电压，来计算动铁心的实时位移及速度，为无速度传感器的动铁心速度闭环控制打下基础；之后引入模糊逻辑控制，以神经网络输出的动铁心速度作为负反馈，逐次调节起动强激磁时间，使触头刚合速度通过多次起动过程自校正后趋近给定值，通过设定一个较小的刚合速度参考值，即可减小动静触头的撞击能量。本发明通过对接触器动铁心速度进行直接的闭环反馈控制来实现对触头弹跳的控制。

Description

基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制方法。
背景技术
接触器广泛应用在各种工业控制领域中，其性能指标直接影响整个控制***的安全、稳定。近年来，在接触器智能控制领域中，国内外学者做了大量的研究工作，显著提高了接触器的性能，目前常见的接触器智能控制方案如下：
1、接触器高压直流起动、低压直流保持的控制方案，改变了交流接触器的激磁方式，从交流运行到直流运行；
2、接触器PWM闭环控制方案，采用改造后的Buck拓扑作为线圈驱动电路，以线圈电压或线圈电流作为反馈信号，使接触器控制技术从开环进入闭环；
3、根据激磁电压、激磁电流及简化后的磁路参数估算动铁心实时位移，实现接触器位移闭环控制，减少起动过程中的触头弹跳；进一步的将位移估算技术推广到永磁接触器的智能控制中，实现位移分段PWM控制；
4、采用电流扫描方式，寻找最佳的接触器起动电流曲线，实现了交流接触器起动过程自校正控制，减少触头弹跳；
5、线圈电流斜率闭环控制方案，在接触器起动过程中检测电流下跌斜率，形成斜率外环控制电流内环的双闭环控制结构，进而减少触头弹跳；
6、建立永磁接触器运动轨迹的动力学方程，通过模型求解探索接触器弹跳发生的数学机理，对接触器驱动电压的幅值与作用时间进行模型预测控制，有效降低接触器弹跳导致的涌流冲击；
7、建立接触器的无电容线圈驱动拓扑，并结合接触器电流闭环控制技术，在吸合过程中引入磁链变量，实现宽电压下的接触器起动过程触头弹跳抑制。
以上智能控制方案，多是通过控制能够间接反映接触器动铁心速度的电磁参量，来间接抑制触头弹跳，而对接触器动铁心速度进行直接的闭环反馈控制的技术未见报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制方法，通过对接触器动铁心速度进行直接的闭环反馈控制来实现对触头弹跳的控制。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制方法，首先，采用人工神经网络建立电流闭环控制下的接触器神经网络模型，通过检测接触器的线圈电流及线圈电压，来计算动铁心的实时位移及速度；而后，引入模糊逻辑控制，以神经网络输出的动铁心速度作为负反馈，逐次调节起动强激磁时间，使触头刚合速度通过多次起动过程自校正后趋近给定的动铁心刚合速度参考值，减小动静触头的撞击能量，进而实现对触头弹跳的直接控制。
在本发明一实施例中，该方法应用于基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制***中。
在本发明一实施例中，所述基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制***，包括接触器线圈驱动电路、数字控制器，所述方法具体应用于数字控制器中，以实现对接触器线圈驱动电路的控制。
在本发明一实施例中，所述接触器线圈驱动电路包括电压源、第一至第四整流二极管、输入滤波电容、电力电子开关、接触器线圈、续流二极管、线圈电流传感器；所述数字控制器包括过程控制单元、电流闭环控制单元、磁链计算单元、触头闭合检测单元、模糊逻辑控制器、刚合速度计算单元、接触器ANN模型单元。
在本发明一实施例中，所述接触器线圈驱动电路的工作方式为：电力电子开关导通时，电压源经第一至第四整流二极管组成的整流桥整流滤波后的电压施加在接触器线圈两端，使线圈电流快速上升；电力电子开关关闭且接触器线圈电流不为零时，接触器线圈电流通过续流二极管续流下降；通过接触器线圈电流参考值与电流反馈值的误差来控制电力电子开关的占空比，即可得到可控的线圈电流激磁曲线。
在本发明一实施例中，所述数字控制器的工作方式为：过程控制单元接收到第k次起动命令on后，根据起动电流值i s，当次强激磁作用时间t s(k)，附加起动电流作用时间t p，保持电流值i h，来确定当次的电流参考曲线i ref(k)，i ref(k)结合线圈电流传感器V 2实时检测的接触器线圈电流值i coil(k)，送入电流闭环控制单元，经滞环控制后输出开关驱动信号S pwm，控制电力电子开关S 1占空比，从而完成接触器的起动到保持过程的线圈电流闭环控制；当接收到分断命令off后，将参考电流值i ref(k)设为-1，即可完成接触器的分断；线圈激磁电压u coil(k)及线圈激磁电流i coil(k)送入磁链计算单元，计算接触器电磁***磁链Ψ (k)，Ψ (k)与i coil(k)同时送入建立有接触器神经网络模型的接触器ANN模型单元，经神经网络计算，输出动铁心位移x (k)，在触头闭合检测单元中x (k)与触头开距值x c比较，用于捕捉动静触头闭合时刻t c(k)，t c(k)与x (k)送入刚合速度计算单元，输出动静触头的刚合速度v c(k)，v c(k)与动铁心刚合速度参考值v ref送入模糊逻辑控制器，经模糊计算后，输出校正后的强激磁作用时间t s(k+1)，用于校正下一次接触器起动过程，同时触头闭合检测单元一旦检测到动静触头闭合，则强行给接触器施加t p时长的附加强激磁作用时间，防止接触器反弹，保证其可靠吸合；通过在多次起动过程中逐次校正强激磁作用时间来控制该刚合速度趋于给定值，从而达到抑制触头弹跳的目的。
在本发明一实施例中，所述v c(k)与动铁心刚合速度参考值v ref送入模糊逻辑控制器后，模糊逻辑控制器执行：当次的触头刚合速度v c(k)及动铁心刚合速度参考值v ref输入模糊逻辑控制器的减法器，得到误差速度e c(k)， 同时e c(k)经差分计算得到误差变化率△e c(k)，之后对e c(k)及△e c(k)进行模糊化处理，根据模糊逻辑规则表，进行模糊推理，最后解模糊，输出起动时间增量值△t s(k)，△t s(k)与t s(k)输入模糊逻辑控制器的加法器得到t s(k+1)，t s(k+1)用于校正下一次的起动强激磁时间。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方法通过对接触器动铁心速度进行直接的闭环反馈控制来实现对触头弹跳的控制。
附图说明
图1为本发明基于模糊逻辑控制器的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制原理图。
图2为本发明模糊逻辑控制器原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提供了一种基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制方法，采用人工神经网络建立电流闭环控制下的接触器神经网络模型，通过检测接触器的线圈电流及线圈电压，来计算动铁心的实时位移及速度，为无速度传感器的动铁心速度闭环控制打下基础；之后引入模糊逻辑控制，以神经网络输出的动铁心速度作为负反馈，逐次调节起动强激磁时间，使触头刚合速度通过多次起动过程自校正后趋近给定值，通过设定一个较小的刚合速度参考值，即可减小动静触头的撞击能量，进而对触头弹跳进行更为直接的控制。
以下结合具体电路阐述本发明方法。
本发明基于模糊逻辑控制器的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制原理如图1所示，整体分为接触器线圈驱动电路及数字控制器两部分。
线圈驱动电路的组成如下: V 1为电压源，用作输入电源；D 1、D 2、D 3、D 4为整流二极管，组成输入整流桥；C 1为输入滤波电容；S 1为电力电子开关，对整流滤波后的电压进行斩波；coil为接触器线圈，串入驱动回路中；D 5为续流二极管；V 2为线圈电流传感器。S 1导通时，整流滤波后的电压施加在线圈两端，可使线圈电流快速上升；S 1关闭且线圈电流不为零时，线圈电流通过D 5续流下降；通过线圈电流参考值与电流反馈值的误差来控制S 1的占空比，即可得到灵活可控的线圈电流激磁曲线。
数字控制器的组成如下：
过程控制单元接收到第k次起动命令on后，根据起动电流值i s，当次强激磁作用时间t s(k)，附加起动电流作用时间t p，保持电流值i h，来确定当次的电流参考曲线i ref(k)，i ref(k)结合V 2实时检测的线圈电流值i coil(k)，送入电流闭环控制单元，经滞环控制后输出开关驱动信号S pwm，控制S 1占空比，从而完成接触器的起动到保持过程的线圈电流闭环控制；当接收到分断命令off后，将参考电流值i ref(k)设为-1（比设为0具有更好的抗干扰性能），即可完成接触器的分断。接触器线圈电流闭环控制不仅提高了激磁控制的灵活性和安全性，同时也提高了接触器在宽电压范围内动作特性的一致性，为更复杂的智能控制方案提供基础内环。
线圈激磁电压u coil(k)及线圈激磁电流i coil(k)送入磁链计算单元，计算接触器电磁***磁链Ψ (k)，Ψ (k)与i coil(k)同时送入接触器ANN模型单元，经神经网络计算，输出动铁心位移x (k)，在触头闭合检测单元中x (k)与触头开距值x c比较，用于捕捉动静触头闭合时刻t c(k)，t c(k)与x (k)送入刚合速度计算单元，输出动静触头的刚合速度v c(k)，v c(k)与动铁心刚合速度参考值v ref送入模糊逻辑控制器，经模糊计算后，输出校正后的强激磁作用时间t s(k+1)，用于校正下一次接触器起动过程，同时触头闭合检测单元一旦检测到动静触头闭合，则强行给接触器施加t p时长的附加强激磁作用时间，防止接触器反弹，保证其可靠吸合。通过在多次起动过程中逐次校正强激磁作用时间来控制该刚合速度趋于给定值，从而达到抑制触头弹跳的目的。
模糊逻辑控制器的具体原理如图2所示：当次的触头刚合速度v c(k)及参考速度v ref输入减法器A1，得到误差速度e c(k)， 同时e c(k)经差分计算得到误差变化率△e c(k)， 之后对e c(k)及△e c(k)进行模糊化处理，根据模糊逻辑规则表，进行模糊推理，最后解模糊，输出起动时间增量值△t s(k)，△t s(k)与t s(k)输入加法器A2得到t s(k+1)，t s(k+1)用于校正下一次的起动强激磁时间。因此模糊控制器核心的输入为e c(k)及△e c(k)，输出为△t s(k)，为一典型的双输入单输出（DISO）模糊控制***。
一可行的模糊逻辑规则表如表1所示：
Figure 747692DEST_PATH_IMAGE002
输入语言变量e c(k)，△e c(k)的语言值集合都为{NL、NS、Z、PS、PL}，即{负大、负小、零、正小、正大}，输出语言变量△t s(k)的语言值集合同样设为{NL、NS、Z、PS、PL}，根据控制经验构建25条模糊规则，该规则表具有一致性、连续性和完备性，为控制器的连续输出提供了保障。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制方法，其特征在于，首先，采用人工神经网络建立电流闭环控制下的接触器神经网络模型，通过检测接触器的线圈电流及线圈电压，来计算动铁心的实时位移及速度；而后，引入模糊逻辑控制，以神经网络输出的动铁心速度作为负反馈，逐次调节起动强激磁时间，使触头刚合速度通过多次起动过程自校正后趋近给定的动铁心刚合速度参考值，减小动静触头的撞击能量，进而实现对触头弹跳的直接控制；该方法应用于基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制***中；所述基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制***，包括接触器线圈驱动电路、数字控制器，所述方法具体应用于数字控制器中，以实现对接触器线圈驱动电路的控制；所述接触器线圈驱动电路包括电压源、第一至第四整流二极管、输入滤波电容、电力电子开关、接触器线圈、续流二极管、线圈电流传感器；所述数字控制器包括过程控制单元、电流闭环控制单元、磁链计算单元、触头闭合检测单元、模糊逻辑控制器、刚合速度计算单元、接触器ANN模型单元；所述数字控制器的工作方式为：过程控制单元接收到第k次起动命令on后，根据起动电流值i s，当次强激磁作用时间t s(k)，附加起动电流作用时间t p，保持电流值i h，来确定当次的电流参考曲线i ref(k)，i ref(k)结合线圈电流传感器V 2实时检测的接触器线圈电流值i coil(k)，送入电流闭环控制单元，经滞环控制后输出开关驱动信号S pwm，控制电力电子开关S 1占空比，从而完成接触器的起动到保持过程的线圈电流闭环控制；当接收到分断命令off后，将参考电流值i ref(k)设为-1，即可完成接触器的分断；线圈激磁电压u coil(k)及线圈激磁电流i coil(k)送入磁链计算单元，计算接触器电磁***磁链Ψ (k)，Ψ (k)与i coil(k)同时送入建立有接触器神经网络模型的接触器ANN模型单元，经神经网络计算，输出动铁心位移x (k)，在触头闭合检测单元中x (k)与触头开距值x c比较，用于捕捉动静触头闭合时刻t c(k)，t c(k)与x (k)送入刚合速度计算单元，输出动静触头的刚合速度v c(k)，v c(k)与动铁心刚合速度参考值v ref送入模糊逻辑控制器，经模糊计算后，输出校正后的强激磁作用时间t s(k+1)，用于校正下一次接触器起动过程，同时触头闭合检测单元一旦检测到动静触头闭合，则强行给接触器施加t p时长的附加强激磁作用时间，防止接触器反弹，保证其可靠吸合；通过在多次起动过程中逐次校正强激磁作用时间来控制该刚合速度趋于给定值，从而达到抑制触头弹跳的目的。
2.根据权利要求1所述的基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制方法，其特征在于，所述接触器线圈驱动电路的工作方式为：电力电子开关导通时，电压源经第一至第四整流二极管组成的整流桥整流滤波后的电压施加在接触器线圈两端，使线圈电流快速上升；电力电子开关关闭且接触器线圈电流不为零时，接触器线圈电流通过续流二极管续流下降；通过接触器线圈电流参考值与电流反馈值的误差来控制电力电子开关的占空比，即可得到可控的线圈电流激磁曲线。
3.根据权利要求1所述的基于模糊逻辑的接触器刚合速度逐次闭环自校正控制方法，其特征在于，所述v c(k)与动铁心刚合速度参考值v ref送入模糊逻辑控制器后，模糊逻辑控制器执行：当次的触头刚合速度v c(k)及动铁心刚合速度参考值v ref输入模糊逻辑控制器的减法器，得到误差速度e c(k)，同时e c(k)经差分计算得到误差变化率△e c(k)，之后对e c(k)及△e c(k)进行模糊化处理，根据模糊逻辑规则表，进行模糊推理，最后解模糊，输出起动时间增量值△t s(k)，△t s(k)与t s(k)输入模糊逻辑控制器的加法器得到t s(k+1)，t s(k+1)用于校正下一次的起动强激磁时间。
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