CN103691559A - 静电除尘用高频高压电源模糊控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静电除尘用高频高压电源模糊控制方法，主要步骤如下：1)静电除尘用高频高压电源输出电压经电压采集电路转化为相应电压信号，输送给DSP芯片的A/D转换电路变成数字量，通过与预设的电压量进行比较判断闪络有无发生，DSP芯片得出电压的偏差及电压偏差变化率；2)DSP由得到的电压偏差及电压偏差率根据模糊算法算出相应的控制信号并转换成对应的PWM占空比，经PWM输出电路输出占空比可变的PWM波给除尘电源的驱动电路，从而实现对除尘电源输出电压的控制。本发明能够使静电除尘用高频高压电源控制简便，火花控制率最佳，很好地适应其工作时非线性、多变性及复杂性的特点。

Description

静电除尘用高频高压电源模糊控制方法

技术领域

本发明涉及一种静电除尘用高频高压电源，尤其涉及一种静电除尘用高频高压电源模糊控制方法，属于环保设备技术领域。

背景技术

随着工业的不断发展，大气污染日趋严重，尤其是近年来PM2.5的监测，对工业除尘技术提出了更高要求。其中，高频高压静电除尘器在工业除尘使用中越来越广泛。

目前，国内高压静电除尘设备控制方式主要为基于PID控制器。在实际使用中发现由于电源控制系统为滞后系统，且工作时环境复杂，具有非线性、多变性及复杂性等特点，很难得到精准的数学模型。使得传统的PID控制器面临控制参数难以选定，不能实时根据火化率的变化对电源进行调节的问题。

申请号为200810126315.5的专利文献公开了一种静电除尘系统稳定运行的模糊控制方法，所公开的方法采用对二次电流值的检测来判断火花的产生，但是考虑到在电源电压开启阶段，二次电流值还很小，采集值精确度偏低，使得火花产生后的电场快速恢复时间增加，存在不利于节约电能的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静电除尘用高频高压电源模糊控制方法，针对传统PID控制器的缺点，将采集的二次电压值作为判断火花产生的依据，应用先进的模糊控制算法，将专家经验及现场实验数据融合进控制器中，实现静电除尘用高频高压电源的智能控制。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种静电除尘用高频高压电源模糊控制方法，模糊控制器输入的变量电压偏差e的模糊论域为[-1，1]，量化因子Ke＝2/70000；输入的变量电压偏差率ec的模糊论域为[-0.1，0.1]，量化因子Kec＝0.2/500；模糊控制器输出变量为占空比u，占空比u的物理论域为[-0.5，0.5]，模糊论域均为[-1，1]，比例因子Ku＝0.7；

所述输入变量电压偏差e模糊论域里覆盖变量的模糊子集为：negative、zero、positive；模糊子集类型均为高斯型；模糊子集negative的模糊子集拐点参数为[0.45，-1]；模糊子集zero的模糊子集拐点参数为[0.45，0]；模糊子集positive的模糊子集拐点参数为[0.45，1]；

所述输入变量电压偏差率ec模糊论域里覆盖变量的模糊子集为：negative、zero、positive；模糊子集类型均为高斯型；模糊子集negative的模糊子集拐点参数为[0.045，-0.1]；模糊子集zero的模糊子集拐点参数为[0.045，0]；模糊子集positive的模糊子集拐点参数为[0.045，0.1]；

所述输出变量占空比u模糊论域里覆盖变量的模糊子集为：close-fast、close-slow、no-change、open-slow、open-fast；模糊子集类型均为三角型；模糊子集close-fast的模糊子集拐点参数为[-1.5，-1，-0.5]；模糊子集close-slow的模糊子集拐点参数为[-1，-0.5，0]；模糊子集no-change的模糊子集拐点参数为[-0.5，0，0.5]；模糊子集open-slow的模糊子集拐点参数为[0，0.5，1]；模糊子集open-fast的模糊子集拐点参数为[0.2，1，1.5]；

当输出电压比给定电压值偏低，则执行open-fast模糊子集，输出占空比快速增大的PWM波，使得输出电压快速上升；

当输出电压与给定电压值电压正好相等且电压偏差率为零，则执行no-change模糊子集，维持当前占空比不变；

当输出电压比给定电压值电压偏高，则执行close-fast模糊子集，输出占空比快速减小的PWM波，使得输出电压快速下降；

当输出电压与给定电压值电压正好相等但电压偏差率较小，则执行open-slow模糊子集，输出占空比缓慢增大的PWM波，使得输出电压缓慢上升；

当输出电压与给定电压值电压正好相等但电压偏差率较大，则执行close-slow模糊子集，输出占空比缓慢减小的PWM波，使得输出电压缓慢下降。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：克服传统PID控制器的缺点，将采集的二次电压值作为判断火花产生的依据，应用先进的模糊控制算法，将专家经验及现场实验数据融合进控制器中，实现静电除尘用高频高压电源的智能控制。具有控制简便，火花控制率最佳，很好地适应其工作时非线性、多变性及复杂性的特点。

附图说明

附图1是本发明的系统原理图；

附图2是本发明的模糊控制器原理图；

附图3是本发明的模糊控制算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，除尘器包括高频高压静电除尘电源主电路7和电源美好控制器8，电压采集电路1检测得到除尘电源的输出电压，经过电路里的光耦隔离电路，输出对应电压信号给滤波保护电路2，滤波保护电路2将信号处理后送至DSP控制电路3，DSP芯片的A/D转换电路将电压信号转变成数字量，通过与预设的电压量进行比较判断闪络有无发生。

根据现场经验，最佳火化率为每分钟火花次数不大于10次，以最佳火化率时的电压值作为模糊控制器的给定电压值，模糊控制算法通过每五分钟检测最近一分钟火花次数与设定值的大小进行比较，进行火花检测时若前后两次电压采样值的大小相差三倍以上则判断有火花发生。

如图2所示：DSP将检测到的输出电压值和之前得到的最佳火化率时的给定电压值进行比较；从而得到的相应的电压偏差e及得到电压偏差率ec，

对电压偏差和电压偏差率进行模糊化处理，根据实际电场实验数据，除尘电源最终输出电压物理论域U＝[0，70000](V)，电压变化为[-250，250](V/t)；由此，设计模糊控制器输入的变量电压偏差e的模糊论域为[-1，1]，量化因子Ke＝2/70000，输入的变量电压偏差率ec的模糊论域为[-0.1，0.1]，量化因子Kec＝0.2/500。模糊控制器输出变量为占空比u，占空比u的物理论域为[-0.5，0.5]，模糊论域均为[-1，1]，比例因子Ku＝0.7。

其中，输入变量e模糊论域里覆盖变量的模糊子集为：negative(偏高)、zero(正好)、positive(偏低)；模糊子集类型均为高斯型；模糊子集negative的模糊子集拐点参数为[0.45，-1]；模糊子集zero的模糊子集拐点参数为[0.45，0]；模糊子集positive的模糊子集拐点参数为[0.45，1]；

其中，输入变量ec模糊论域里覆盖变量的模糊子集为：negative(偏高)、zero(正好)、positive(偏低)；模糊子集类型均为高斯型；模糊子集negative的模糊子集拐点参数为[0.045，-0.1]；模糊子集zero的模糊子集拐点参数为[0.045，0]；模糊子集positive的模糊子集拐点参数为[0.045，0.1]；

其中，输出变量占空比u模糊论域里覆盖变量的模糊子集为：close-fast(快降)、close-slow(慢降)、no-change(不变)、open-slow(慢升)、open-fast(快升)；模糊子集类型均为三角型；模糊子集close-fast的模糊子集拐点参数为[-1.5，-1，-0.5]；模糊子集close-slow的模糊子集拐点参数为[-1，-0.5，0]；模糊子集no-change的模糊子集拐点参数为[-0.5，0，0.5]；模糊子集open-slow的模糊子集拐点参数为[0，0.5，1]；模糊子集open-fast的模糊子集拐点参数为[0.2，1，1.5]。

本发明模糊控制器调节输出电压的规则为：

如果输出电压比给定电压值偏低，即没有火花发生，则执行open-fast(快升)模糊子集，输出占空比快速增大的PWM波，使得输出电压快速上升；

如果输出电压与给定电压值电压正好相等且电压偏差率为零，则执行no-change(不变)模糊子集，维持当前占空比不变；

如果输出电压比给定电压值电压偏高，则执行close-fast(快降)模糊子集，输出占空比快速减小的PWM波，使得输出电压快速下降；

如果输出电压与给定电压值电压正好相等但电压偏差率较小，则执行open-slow(慢升)模糊子集，输出占空比缓慢增大的PWM波，使得输出电压缓慢上升；

如果输出电压与给定电压值电压正好相等但电压偏差率较大，则执行close-slow(慢降)模糊子集，输出占空比缓慢减小的PWM波，使得输出电压缓慢下降。

如图3所示：进入模糊控制算法，具体过程为：

当前没有火花发生时并且火花次数为零，即输出电压比给定电压值偏低，则输出占空比快速增大的PWM波至PWM输出电路4，否则输出占空比缓慢增大的PWM波至PWM波输出电路4。

当前火花发生次数等于设定值时，即输出电压与给定电压值电压正好相等且火花偏差率为零，则维持当前PWM波的占空比。

当前火花发生次数大于设定值时，即输出电压与给定电压值电压正好相等但电压偏差率较大，则输出占空比缓慢减少的PWM波至PWM波输出电路4；若火花发生次数远远大于设定值，即输出电压比给定电压值电压偏高，则输出占空比快速减少的PWM波至PWM输出电路4。

根据模糊规则算出相应的输出变量PWM波的占空比u，输送给PWM输出电路4，经PWM输出电路4输出占空比可变的PWM波给除尘电源的驱动电路5，从而实现对电源输出电压的模糊控制。

本发明中，DSP由得到的电压偏差及电压偏差率根据模糊算法算出相应的控制信号并转换成对应的PWM占空比，输送给PWM输出电路，经PWM输出电路输出占空比可变的PWM波给除尘电源的驱动电路。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种静电除尘用高频高压电源模糊控制方法，其特征在于，模糊控制器输入的变量电压偏差e的模糊论域为[-1，1]，量化因子Ke＝2/70000；输入的变量电压偏差率ec的模糊论域为[-0.1，0.1]，量化因子Kec＝0.2/500；模糊控制器输出变量为占空比u，占空比u的物理论域为[-0.5，0.5]，模糊论域均为[-1，1]，比例因子Ku＝0.7；

所述输入变量电压偏差e模糊论域里覆盖变量的模糊子集为：negative、zero、positive；模糊子集类型均为高斯型；模糊子集negative的模糊子集拐点参数为[0.45，-1]；模糊子集zero的模糊子集拐点参数为[0.45，0]；模糊子集positive的模糊子集拐点参数为[0.45，1]；

所述输入变量电压偏差率ec模糊论域里覆盖变量的模糊子集为：negative、zero、positive；模糊子集类型均为高斯型；模糊子集negative的模糊子集拐点参数为[0.045，-0.1]；模糊子集zero的模糊子集拐点参数为[0.045，0]；模糊子集positive的模糊子集拐点参数为[0.045，0.1]；

所述输出变量占空比u模糊论域里覆盖变量的模糊子集为：close-fast、close-slow、no-change、open-slow、open-fast；模糊子集类型均为三角型；模糊子集close-fast的模糊子集拐点参数为[-1.5，-1，-0.5]；模糊子集close-slow的模糊子集拐点参数为[-1，-0.5，0]；模糊子集no-change的模糊子集拐点参数为[-0.5，0，0.5]；模糊子集open-slow的模糊子集拐点参数为[0，0.5，1]；模糊子集open-fast的模糊子集拐点参数为[0.2，1，1.5]；

当输出电压比给定电压值偏低，则执行open-fast模糊子集，输出占空比快速增大的PWM波，使得输出电压快速上升；

当输出电压与给定电压值电压正好相等且电压偏差率为零，则执行no-change模糊子集，维持当前占空比不变；

当输出电压比给定电压值电压偏高，则执行close-fast模糊子集，输出占空比快速减小的PWM波，使得输出电压快速下降；

当输出电压与给定电压值电压正好相等但电压偏差率较小，则执行open-slow模糊子集，输出占空比缓慢增大的PWM波，使得输出电压缓慢上升；

当输出电压与给定电压值电压正好相等但电压偏差率较大，则执行close-slow模糊子集，输出占空比缓慢减小的PWM波，使得输出电压缓慢下降。

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