浙江大学远程教育学院本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 开 题 报 告题 目 浅析智能控制在异步电机起动中的应用 专 业 电气工程与自动化 学习中心 姓 名 学 号 指导教师 目录一、智能控制技术概述......................................................................1(一) 智能控制概念......................................................................1(二) 智能控制的发展...................................................................1(二) 智能控制的类型...................................................................21. 模糊控制.........................................................................22. 基于知识的专家控制..........................................................23. 遗传算法.........................................................................3二、异步电动机及其起动方式............................................................3(一) 异步电动机.........................................................................3(二) 异步电动机起动方式.............................................................31.直接起动..........................................................................32. Y-△起动...........................................................................33.电阻降压起动....................................................................44. 变频起动.........................................................................4(三) 异步电动机全压直接起动的危害.............................................41.起动电动机本身.................................................................42.其他负载..........................................................................5三、异步电机智能软启动实现............................................................5(一) 软起动概述.........................................................................5 1. 软起动的概念...................................................................52. 软起动的常用起动方式......................................................53.软起动运行特点.................................................................64.软起动应用场合.................................................................7(二)几种软起动方式应用中的综合比较...........................................71. 高压变频器......................................................................72. 高压热变电阻起动器..........................................................73.磁控式电机软起动装置.......................................................84.晶闸管电子软启动器...........................................................8四、异步电机智能软启动应用............................................................8(一)工作原理.............................................................................81.电动机软启动器工作原理....................................................82.电动机保护器工作原理.......................................................9(二) 电机软启动器硬件................................................................91. MSP430F149 的性能特点.................................................92. 硬件构成.......................................................................10（三）电机软启动器流程...........................................................10（四）主要功能.......................................................................111.软启动功能.....................................................................112.保护器功能.....................................................................11五、结束语...................................................................................11 一、智能控制技术概述(一) 智能控制概念智能控制在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。学术界对智能控制理解有以下几种概念。 概念一， 智能控制是由智能机器自主地实现其目标的过程.而智能机器则定义为,在结构化或非结构化的,熟悉的或陌生的环境中,自主地或与人交互地执行人类规定的任务的一种机器. 　　概念二，K.J.奥斯托罗姆则认为,把人类具有的直觉推理和试凑法等智能加以形式化或机器模拟,并用于控制系统的分析与设计中,以期在一定程度上实现控制系统的智能化,这就是智能控制.他还认为自调节控制,自适应控制就是智能控制的低级体现. 　　概念三， 智能控制实际只是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律,研制具有仿人智能的工程控制与信息处理系统的一个新兴分支学科。控制理论发展至今已有 100 多年的历史，经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段，已进入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20 世纪80 年代以来，信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学与工程研究的不断深入，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。1 (二) 智能控制的发展20 世纪 40～50 年代，以频率法为代表的单变量系统控制理论逐步发展起来，并且成功地用在雷达及火力控制系统上，形成了今天所说的“古典控制理论”。60～70 年代，数学家们在控制理论发展中占了主导地位，形成了以状态空间法为代表的“现代控制理论”，他们引入了能控、能观、满秩等概念，使得控制理论建立在严密精确的数学模型之上，从而造成了理论与实践之间的巨大分歧。70 年代后，又出现了“大系统理论”，但是，这种理论解决实际问题的能力更弱，很快被人们放到了一边。由于空间技术、计算机技术及人工智能技术的发展，控制界学者在研究自组织、自学习控制的基础上，为了提高控制系统的自学习能力，开始注意将人工智能技术与方法应用于控制系统。进入 90 年代以来，智能控制的研究势头异常迅猛，美国《IEEE 控制系统》杂志 1991、1993、1995 年多次发表《智能控制专辑》，英国《国豚控制》杂志 1992 年也发表了《智能控制专辑》，日文《计测与控制》杂志1994 年发表了《智能系统特鳓，德文《电子学》杂志自 1991 年以来连续发表多篇模糊逻辑控制和神经网络方面的论文，俄文《自动化与遥控技术》杂志1994 年也发表了自适应控制的人工智能基础及神经网络方面的研究论文。从上述论文和专辑的内容看，智能控制研究涉及到众多领域，从高技术的航天飞机推力矢量的分级智能控制、空间资源处理设备的高自主控制，到智能故障诊断及控制重新组合，从轧钢机、汽车喷油系统的神经控制到家电产品的神经模糊控制。如果说智能控制在 80 年代的应用和研究主要是面向工业过程控制，那么 90 年代，智能控制的应用已经扩大到面向军事、高技术领域和日用家电2 产品等电产品等领域。今天，“智能性”已经成为衡量“产品”和“技术”高低的标准。(二) 智能控制的类型智能控制技术的主要内容包括模糊控制技术、基于知识的专家控制、人工神经网络、遗传算法等相应的理论与技术。1. 模糊控制以模糊集合论、模糊语言变量与模糊逻辑推理为基础。以先验知识和专家经验为控制规则。与传统控制方法相比，它具有三个优点，一是可以从行为上模拟人的模糊推理和决策过程；二是不需要对象的数学模型即可实现较好的控制；三是可以实现非线性控制任务，而常规控制器对非线性特性通常难以实现控制要求。这三条优点赋予模糊控制强大的生命力，使得它从上世纪 70 年代投入实际应用以来，就受到人们的重视，几十年来，在诸多领域获得了成功的应用，是理论研究与实际应用结合得较好的一门新兴的控制技术。2. 基于知识的专家控制专家系统根据某个应用领域的专家提供的知识和经验进行推理和判断，是一个具有大量专门知识和经验的计算机程序系统，然而，这种程序系统所要解决的问题一般没有算法去解，它往往要在不完全或不确定的信息基础上做出判断、推理和结论。3 专家系统始于 20 世纪 60 年代中期。1983 年瑞典学者 Astrom KJ 首先把专家系统引入控制领域。专家控制是基于知识的智能控制，由适合控制要求的知识库和体现该知识决策的推理机构形成主体框架，根据系统的有关动态信息、控制目标和知识库中的对应知识，及时选用适当的规则进行推理输出，进而对过程对象实施有效的控制。3. 遗传算法遗传算法是模拟自然选择和遗传机制的一种搜索和优化算法，它模拟生物界“生存竞争，优胜劣汰，适者生存”的机制，利用复制、交叉、变异等遗传操作来完成寻优。与一般的寻优方法相比，遗传算法具有很多优点：从许多初始点开始进行并行操作，克服了传统优化方法容易陷入局部极点的缺点，是一种全局优化算法；对变量的编码进行操作，可替代梯度算法，在模糊推理隶属度函数形状的选取上具有更大的灵活性；对所要求解的问题不要求其连续性和可微性，只需知道目标函数的信息；由于具有隐含并行性，所以可通过大规模并行计算来提高计算速度。二、异步电动机及其起动方式(一) 异步电动机异步电动机定子上有三相对称的交流绕组，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场；转子绕组的导体处于旋转磁4 场中；转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向。转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断电磁力的方向。电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。根据以上电磁感应原理，异步电动机也叫感应电动机。(二) 异步电动机起动方式1.直接起动直接起动时异步电机最常见的一种起动方式，即在电机起动时，将电源电压全部加在定子绕组上。其优点是接线简单，投资低。缺点是起动电流较大，可达到额定电流的 5～8 倍。这种起动方式常用于小型电机的起动，对于中、大容量电机则不安全。2. Y-△起动起动时先将三相定子绕组接成星形，待转速接近稳定时再切换成三角形。起动时的电流只有三角形直接起动时线路电流的 1/3。其优点是体积小，重量轻，价廉物美，运行可靠，检修方便。其缺点是起动转矩小，为直接起动的1/3，只适用于轻载或空载起动。另外在 Y-△切换时存在二次冲击，接触器的主触点易损坏。5 3.电阻降压起动在定子电路串电阻，起动电流在电阻上产生压降，降低了电机定子绕组上的电压，从而使起动电流减小。而缺点是成本较高，需单独安装，起动时电能损耗较大，不经济。4. 变频起动起动时电机端电压平滑上升，具有起动电流小、起动平滑、安全可靠性高、有多种起动方式可供选择等优点。其缺点是投资成本高，体积大， 需单独安装，一般用于对电机调速要求高的场合。(三) 异步电动机全压直接起动的危害从三相异步电动机固有机械特性的分析中知道，如果在额定电压直接起动三相异步电动机，由于最初起动瞬间主磁通约减少到额定值的一半，功率因数又很低，造成了起动电流相当大而起动转矩并不大的结果。以普通鼠笼式三相异 步 电 动 机 为 例 ， 起 动 电 流 ： IS=KIIN= （ 4-7 ） IN ， 起 动 转 矩 ：TS=KTTN=（0.9-1.3）TN。再看对供电变压器的影响，整个交流电网的容量相对于单个的三相异步电动机来讲是非常大的。但是具体到直接供电的变压器来讲，容量却是有限的。配电变压器的容量是按其供电的负载总容量设置的，正常运行条件下，变压器由于电流不超过额定电流，其输出电压比较稳定，电压变化率在允许的范围之6 内。三相异步电动机起动时，变压器提供较大的起动电流，会使变压器输出电压下降。若变压器额定容量相对很大、电动机额定功率相对很小时，短时起动电流不会使变压器输出电压下降多少，因此也没有什么关系。若变压器额定容量相对不够大、电动机额定功率相对不算小时，电动机短时较大的起动电流，会使变压器输出电压短时下降幅度较大，超过了正常值，这样一来，影响了几个方面：1.起动电动机本身起动电动机本身，由于电压太低起动转矩下降很多，当负载较重时，可能起动不了。电动机较大的起动电流引起电压下降，对电动机本身有着不良影响，因电压太低会使电动机起动转矩下降很多，当负载较重时，电动机可能不能起动。通常电动机起动过程时间很短，短时间过大的电流，从发热角度来看，电动机本身是可以承受的。但是，对于起动频繁的电动机，过大的起动电流会使电动机内部过热，导致电机温升过高，使电机绕组绝缘过热而老化。因此要采取措施，减少最初起动电流的影响。 2.其他负载大中异步电动机直接起动的再一个危害就是影响由同一台配电变压器供电的其他负载。显然，即使是偶尔出现一次，也是不允许的。从上边分析看出，变压器额定容量相对电动机讲不足够大时，三相异步电动机不允许直接起动。直接全压起动还会在高压开关关合时产生陡度很大的操作过电压，使定子绕组7 上电压分布不均匀，对其绝缘造成极大的伤害。许多电机的自身故障都是由于绝缘受到伤害而引起的。以上各点都会使设备增加停工台时，影响生产的正常进行，增加维修费用。综合考虑，在经济条件允许的情况下应尽量避免采用电动机的直接起动方式，以保证电网的供电质量。在这种情况下，异步电动机的软起动作为一个重要的课题被提出来。三、异步电机智能软启动实现(一) 软起动概述1. 软起动的概念电动机的软起动是采用串接于电源与被控电动机间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电动机输入电压从零开始逐渐上升，直至起动结束，赋于电动机全电压的起动方式。2. 软起动的常用起动方式限流起动顾名思义是限制电动机的起动电流，它主要是用在轻载起动的负载降低起动压降，在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间，损失起动力矩，对电动机不利。斜坡电压起动顾名思义是电压由小到大斜坡线性上升，它是将传统的降压起动从有级变成了无级，主要用在重载起动，它的缺点是初始转矩小，转矩特8 2023 年 10 月 9 日 性抛物线型上升对拖动系统不利，且起动时间长有损于电机。转矩控制起动用在重载起动，它是将电动机的起动转矩由小到大线性上升，它的优点是起动平滑，柔性好，对拖动系统有更好的保护，它的目的是保护拖动系统，延长拖动系统的使用寿命。同时降低电机起动时对电网的冲击，是最优的重载起动方式，它的缺点是起动时间较长。转矩加突跳控制起动与转矩控制起动相仿也是用在重载起动，不同的是在起动的瞬间用突跳转矩克服电机静转矩，然后转矩平滑上升，缩短起动时间。但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其它负荷，应用时要特别注意。电压控制起动是用在轻载起动的场合，在保证起动压降下发挥电动机的最大起动转矩，尽可能的缩短了起动时间，是最优的轻载软起动方式。目前的软启动器有以下五种起动方式（图 3.1）：9 图 3.1 软起动器的五种起动方式3.软起动运行特点能使电机起动电压以恒定的斜率平稳上升，起动电流小，对电网无冲击电流，减小负载的机械冲击。起动电压上升斜率可调，保证了起动电压的平滑性，10 起动电压可依据不同的负载在 30%～70%Ue(Ue 为额定电压)范围内连续可调。可以根据不同的负载设定起动时间。起动器还具有可控硅短路保护、缺相保护、过热保护、欠压保护。4.软起动应用场合原则上，异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可使用，适用于各种泵类负载或风机类负载，需要软起动与软停车，对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于满负荷运行场合，应用软起动器（不带旁路接触器）则具有轻载节能的效果。(二)几种软起动方式应用中的综合比较目前，高压电动机的起动方式种类繁多，主要有：高压电抗器起动、高压变压器起动、高压固态软起动、高压液态软起动、电动机-电动机组起动等方法。其中高压固态软起动器主要依赖进口，成本高，价格虽略低于高压变频器，但它采用 SCR 降压不降频的控制方式，性能却远不如高压变频器。且容量仅限于10kV，5000kW 以下。因此，其对高压电动机起动的应用并不广泛。1. 高压变频器随着电力电子技术的发展，半导体电力电子器件在高压领域的应用日益广泛、技术日趋成熟。目前，应用于高压大容量鼠笼式电动机的调速和起动的高压变频器已能做到 13.8kV，10000kW 的水平，但比较成熟、可靠的还仅限11 于电压 10kV 以下、容量 5000kW 以下的鼠笼式电动机。变频器主要应用于鼠笼式电动机的调速节能，但也可用于鼠笼式电动机的软起动、软停车。高压变频器之所以在高压领域能够得到广泛地应用，在于其良好的起动及调速特性。其主要优点有，一是采用 VVVF 控制方式，通常采取SPWM 触发模式，可实现恒转或变转矩起动，几乎涵盖各种类型负载的起动；二是可实现转速、电流、电压斜坡上升方式的起动，以满足不同的负载及工艺起动要求；但是，变频器起动电动机并非十全十美，它也存在诸如高次谐波污染问题、对电动机的影响问题、维护与维修问题、一次投资与收益等不足之处。2. 高压热变电阻起动器在电机定子回路串接液体电阻达到降压起动的目的。热变电阻的导电介质是具有一定浓度的电解液，它的起动原理是将水溶液用一容器加固密封，两极板固定不动，起动时利用极板间大的起动电流将电解液的温度急剧提升，使液阻发生电解反应，电解液的电阻率发生变化。依据电解液的电阻值与电解液温度的反比例变化关系，电液阻值因电液温度升高而降低，从而达到热变电阻降压起动的目的。由热变电阻的原理可以看出，热变电阻具有起动初始电液阻值不可调、起动电流不可控、不可调、起动时间不可调、对电网的电流冲击及对传动机构的机械冲击等特点。12 3.磁控式电机软起动装置磁控式电机软起动装置是近年来开始在工业上逐渐认可的一种大型电机软起动装置 它投资较小，起动效果好 它的基本工作原理是将电压调节式可漏电抗串联在笼型电机的转子回路中，电机起动前可调电抗值为最大值。电机起动时由于串联了可调电抗，起动电流较小。起动过程中通过 PLC 调节装置调节可调电抗的控制电压，使之电抗逐渐减小至零，电机由起动状态平稳过渡到正常运行状态。再将可调电抗旁路后退出运行，电机起动过程完成。4.晶闸管电子软启动器另一种基于电力电子器件开发的晶闸管电子软启动器普遍采用单片机控制技术实现对电动机的软起动的控制。虽然能够基本实现平滑起动，但造价较昂贵，而且高次谐波含量大、技术相对复杂，所以应用不是很广范。四、异步电机智能软启动应用(一)工作原理1.电动机软启动器工作原理电动机软启动器的工作原理，如图 4.1 所示。三相电压经分压后，分别送人比较器的 3 个输入端，分压网络的中点接人比较器的 3 个参考端。比较器输13 出脉冲的升降沿与输入三相电压的过零点同步，这个脉冲经光电隔离整形后，送到单片机中断输入端；同时，三相电流经电流互感器耦合到整流、放大电路，并送到单片机的 A／D 输入端。单片机首先检测三相电压的相序是否正确，如果不正确将报警，且不启动电机；若正确，将按设定的方式(如斜坡电压启动、恒流启动或点动)触发晶闸管，同时检测三相电流，如发现异常，将停止启动并报警。图 4.1 电动机软启动器的硬件构成2.电动机保护器工作原理启动完成后，电动机软启动器自动进入保护器的工作状态，单片机不断地检测三相电流，并与设定值进行比较计算。如发现异常则首先报警，然后按设定的时间停止电动机的运行。14 (二) 电机软启动器硬件1. MSP430F149 的性能特点MSP430F149 的工作电压范围很宽，可达到 1.8～3.6 V，外部接口丰富，有 6 个 8 位输入/输出口，其中 P1、P2 口的 16 个引脚均具有中断功能，这对于晶闸管的触发是非常重要的；还有 2 个 16 位定时/计数器，其中定时器Timer B 具有多达 7 个的捕获/比较寄存器；有 60kB 的 Flash 存储器，2kB 的RAM，以及 256 B 的记忆存储器，可用于存储参数；MSP430F149 本身还带有 12 位 A/D 转换模块，高精度内部参考电压源，具有高速、通用的特点，特别适合精密的数据采集和转换 。由于这些特点，当其用于电动机软启动器时，只需很少的外部元器件。2. 硬件构成单片机使用 MSP430F149，它的输入/输出均通过光电隔离器件与强电隔离。为保证可靠、安全，晶闸管的触发电路又经脉冲变压器进一步隔离。由于MSP430F149 的工作电压低于外围的芯片电压，外围的芯片均采用 CMOS 电路，元器件均 采 用贴片封装 ， 大 大提高了电 路 的 稳定性与可靠 性 。 由于MSP430F149 的接口丰富，功能极强，除了隔离与驱动电路外无需扩展其他电路，整个电路简单。比较器输出的 3 路方波的上、下沿分别代表三相电压的 6 个过零点，这 315 路方波信号分别与 MSP430F149 的 P1 口的 6 个具有中断功能的口线相接，并把其中 3 个设置成上升沿触发中断方式，另 3 个则设置成下降沿触发中断方式。这样，就可以检测出三相电压的 6 个过零点，从而保证触发的可靠与同步。（三）电机软启动器流程电机软启动器的软件主要包括主程序和中断程序，主程序负责三相电流的检测和参数的显示，中断程序完成过零点及相序的检测、触发角的控制和键盘的响应。其流程，如图 4.2 所示。图 4.2 程序流程图当接到启动命令后，将定时器 Timer B 设置成比较中断方式，根据设置的16 初始触发角计算出触发计数，并启动定时器比较中断和三相电源过零中断。当进入过零中断后，根据触发计数计算出定时器的初值，分别送给 6 个比较寄存器；当定时器值与比较寄存器的值相同时，触发定时器中断。进入定时器中断后触发晶闸管，晶闸管打开，电动机开始启动；单片机再根据所设置的启动方式自动调整定时器中比较寄存器的值，直到晶闸管全部打开后，开启旁路接触器，关闭晶闸管，启动完成；当接到停止命令后，则按相反的顺序进行，从而实现软停机。（四）主要功能1.软启动功能（1）恒流启动。在此状态下，恒流启动电流的值可以通过键盘设定，确认后可实现断电保存，恒流的电流值范围达到 0～9999 A，可以启动上千瓦的电动机。（2）斜坡电压启动。在此状态下，初始电压和启动时间可以设定，初始启动电压的设定范围可达到 0～380V，启动时间范围达到 0～9999 S，可以满足任何异步电机的要求。（3）恒压点动启动。在此状态下，恒压电压可通过键盘设定，设定范围可在 0～380 V 之间。17 2.保护器功能启动器可实现如下保护功能，缺相保护、 相序错误保护、 过流保护、欠流保护、堵转保护、不平衡保护。以上保护动作时间均可通过键盘设定，并可长期保存在单片机内。五、结束语MSP430F149 有极强的抗干扰能力，是一种非常适合用于电动机控制的单片机。基于 MSP430F149 设计的电动机软启动器的操作十分简单，经在安徽省内几个水力发电厂的不同功率(11kW～55kW)的电机、不同使用环境和不同负载条件下的使用，表明电动机软启动器的稳定性好，可靠性高。水轮机压油泵的电机是一种重载、频繁启动的电机，软启动器已经稳定运行了半年多，未出现任何故障，良好的稳定性使它具有广阔的应用前景。智能控制象征着自动控制的未来，是自动控制学科发展道路上的又一次飞跃。随着人工智能技术、计算机技术及信息科学的迅速发展，智能控制必将获得更大的发展，并在实际中获得广泛的应用。18 《浅析智能控制在异步电机起动中的应用》开题报告一、文献综述孙增圻在《智能控制理论与技术》中指出，进入 90 年代以来，智能控制的研究势头异常迅猛，美国《IEEE 控制系统》杂志 1991、1993、1995 年多次发表《智能控制专辑》，英国《国豚控制》杂志 1992 年也发表了《智能控制专辑》，日文《计测与控制》杂志 1994 年发表了《智能系统特鳓，德文《电子学》杂志自 1991 年以来连续发表多篇模糊逻辑控制和神经网络方面的论文，俄文《自动化与遥控技术》杂志 1994 年也发表了自适应控制的人工智能基础及神经网络方面的研究论文。从上述论文和专辑的内容看，智能控制研究涉及到众多领域，从高技术的航天飞机推力矢量的分级智能控制、空间资源处理设备的高自主控制，到智能故障诊断及控制重新组合，从轧钢机、汽车喷油系统的神经控制到家电产品的神经模糊控制。如果说智能控制在 80 年代的应用和研究主要是面向工业过程控制，那么 90 年代，智能控制的应用已经扩大到面向军事、高技术领域和日用家电产品等电产品等领域。今天，“智能性”已经成为衡量“产品”和“技术”高低的标准。许晓鸣在《智能控制理论及应用的发展现状》中认为，专家系统根据某个应用领域的专家提供的知识和经验进行推理和判断，是一个具有大量专门知识和经验的计算机程序系统，然而，这种程序系统所要解决的问题一般没有算法去解，它往往要在不完全或不确定的信息基础上做出判断、推理和结论。专家系统始于 20 世纪 60 年代中期。1983 年瑞典学者 Astrom KJ 首先把专家系统引入控制领域。专家控制是基于知识的智能控制，由适合控制要求的知识库和 参考文献[1] 孙增圻.智能控制理论与技术[M].北京：清华大学出版社，1997．[2] 王俊普.智能控制[M].北京：中国科学技术大学出版社，1996.[3] 许晓鸣.智能控制理论及应用的发展现状[J]. 电子技术应用，1997.[4] 刘 红 樱， 姜婷， 周 汉义 .异 步 电 动机 软启动 器 设计 [J]． 机 电 工程 ，2007．[5] 李新兵，张继勇，薛半进.基于改进控制器的异步电动机直接转矩控制[J].机电工程，2006．[6] 潘政刚 . 中压(3-10kV)电动机 起动方法的分析与比较 [J]. 电气世界，2002．[7] 周希章，周全.电动机的起动、制动和调速[M].北京：机械工业出版社，2001．[8] 何友全.交流异步电动机的软起动与保护探讨[J].矿山机械，2004．[9] 丁景民. 智能化软启动器的结构、 功能、品种及应用 [J].机床电器，2001.[10] 韩永清，齐永杰.电动机软启动器的探讨[J].自动化博览，2001．[11] 刘复华．8XC196KX 单片机及其应用系统设计[M]．北京：清华大学出版社，2001．[12] 卢凯，孙国凯，张广军．软启动器的开发与没计[J]．沈阳农业大学学报，2005．19 体现该知识决策的推理机构形成主体框架，根据系统的有关动态信息、控制目标和知识库中的对应知识，及时选用适当的规则进行推理输出，进而对过程对象实施有效的控制。何友全在《交流异步电动机的软起动与保护探讨》中指出，异步电机全压起动对供电变压器的影响，整个交流电网的容量相对于单个的三相异步电动机来讲是非常大的。但是具体到直接供电的变压器来讲，容量却是有限的。配电变压器的容量是按其供电的负载总容量设置的，正常运行条件下，变压器由于电流不超过额定电流，其输出电压比较稳定，电压变化率在允许的范围之内。三相异步电动机起动时，变压器提供较大的起动电流，会使变压器输出电压下降。若变压器额定容量相对很大、电动机额定功率相对很小时，短时起动电流不会使变压器输出电压下降多少，因此也没有什么关系。若变压器额定容量相对不够大、电动机额定功率相对不算小时，电动机短时较大的起动电流，会使变压器输出电压短时下降幅度较大，超过了正常值。韩永清，齐永杰在《电动机软启动器的探讨》中指出，无速度传感器控制系统就是对转子的速度进行估计，主要的出发点是用直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等手段，从定子边较易测量的量定子电压、定子电流和电机的数学模型观测出电机转速。采用状态观测法，估算电动机起动时的转速，将其应用到速度反馈控制系统中，以便实现控制系统按给定转矩曲线上升的电动机软起动。刘红樱，姜婷，周汉义《高性能软起动控制器的触发》中研究指出，同步信号取自三相电源，当某一相的同步脉冲封来时就延时触发相应相的晶闸管，同时要监测电机功率因数角的变化，计算下一周期的触发角，实施过流、过热 保护等功能，因此系统的中断较多、计算量较大，国外产品的核心控制器一般采用专用的 CPU。本文采用 TI 公司的 DSP-FZ40 作为中央处理器，该芯片是面向电机控制的通用型 DSP，它具有 4 个捕获通道 3 个普通外部中断,2 路多通道 10 位 A/D 模块。多个内部定时中断及多路 PWM 通道，它的 CPU 时钟可达到 50ns。由于具有这些特点，它能够满足软起动控制器计算量大、实时性强的要求。卢 凯 ， 孙 国 凯 ， 张 广 军 在 《 软 启 动 器 的 开 发 与 没 计 》 中 认 为 ，MSP430F149 的工作电压范围很宽，可达到 1.8～3.6 V，外部接口丰富，有6 个 8 位输入/输出口，其中 P1、P2 口的 16 个引脚均具有中断功能，这对于晶闸管的触发是非常重要的；还有 2 个 16 位定时/计数器，其中定时器 TimerB 具 有多达 7 个的 捕获 / 比 较寄 存器 ； 有 60kB 的 Flash 存储 器， 2kB 的RAM，以及 256 B 的记忆存储器，可用于存储参数；MSP430F149 本身还带有 12 位 A/D 转换模块，高精度内部参考电压源，具有高速、通用的特点，特别适合精密的数据采集和转换 。由于这些特点，当其用于电动机软启动器时，只需很少的外部元器件。丁景民在《智能化软启动器的结构、功能、品种及应用》中研究认为，以DSP-F240 为核心的电机软起动控制器，处理信息的速度快，能及时地跟随电机负载的变化，使电机的起动平稳可靠，它具有多种可选的起动、停止功能，并具有故障检 Mail、系统保护等附加功能。缘厚度，但线圈的热电寿命值达不到试验标准要求。作为主绝缘来说，与线芯之间的粘结力应尽可能高一点，薄膜与云母带之间粘合，应尽可能坚实一些，且绝缘之间的热膨胀系数应尽可能接近铜线，这样的电机线圈，无论在制造过程或是在长期运行中均能保持良好 的绝缘整体性能，寿命长，可靠性高。二、论文提纲内容摘要 引 言 一、智能控制技术概述 （一）智能控制概念 （二）智能控制的发展 （三）智能控制的类型二、异步电动机及其起动方式 （一）异步电动机起动方式 （二）异步电动机全压直接起动的危害 三、异步电机智能软启动实现 （一）软启动概述（二）几种软起动方式应用中的综合比较 四、异步电机智能软启动应用 （一）工作原理 （二）电机软启动器硬件 （三）电机软启动器流程 （四）主要功能 结束语 参考文献 三、参考文献[1] 孙增圻.智能控制理论与技术[M].北京：清华大学出版社，1997．[2] 王俊普.智能控制[M].北京：中国科学技术大学出版社，1996.[3] 许晓鸣.智能控制理论及应用的发展现状[J]. 电子技术应用，1997.[4] 刘红樱，姜婷，周汉义 . 异步电动机软启动器设计 [J] ．机电工程 ，2007．[5] 李新兵，张继勇，薛半进.基于改进控制器的异步电动机直接转矩控制[J].机电工程，2006．[6] 潘政刚. 中压(3-10kV)电动机起动方法的分析与比较[J].电气世界，2002．[7] 周希章，周全.电动机的起动、制动和调速[M].北京：机械工业出版社，2001．[8] 何友全.交流异步电动机的软起动与保护探讨[J].矿山机械，2004．[9] 丁景民. 智能化 软启动器的结构、功能 、品种及应用 [J].机床电器，2001.[10] 韩永清，齐永杰.电动机软启动器的探讨[J].自动化博览，2001．[11] 刘复华．8XC196KX 单片机及其应用系统设计[M]．北京：清华大学出版社，2001．[12] 卢凯，孙国凯，张广军．软启动器的开发与没计[J]．沈阳农业大学学报，2005． 浙江大学远程教育学院本 科 生 毕 业 （ 设 计 ） 论 文题 目 浅析智能控制在异步电机起动中的应用 专 业 电气工程与自动化 学习中心 姓 名 学 号 指导教师 2023 年 10 月 27 日摘要三相异步电动机以其低成本、高可靠性和易维护等特点，被广泛应用于各工业领域。但其启动电流是额定电流的 6 倍左右，带载启动时甚至达到 8 倍。大的启动电流会加速电动机的绝缘老化，大大降低电动机的使用寿命，导致大量的能量被消耗；大电流还会给电网带来不良影响，使电网电压产生波动。本文第一部分介绍了智能控制技术的概念和发展，并介绍了模糊控制、基于知识的专家控制、人工神经网络、遗传算法等几种类型智能控制。第二部分介绍了异步电机及其起动方式，并深入分析了全压直接起动对异步电机的危害。第三部分介绍了软启动的概念和特点，并列举了几种软起动的应用方式进行比较分析。第四部分以单片机 MSP430F149 为核心，通过软件设计实现电机的启动和保护的软起动器的原理和特点，以及工作流程和主要功能。关键词：智能控制 异步电机 软启动 应用