基于模糊控制和PID控制的電弧爐直流電源的研究

　　本文針對真空電弧爐直流電源在熔煉階段數字PID 控制存在電流超調與響應速度矛盾的問(wèn)題，提出了模糊控制和PID 控制相結合的控制策略，著(zhù)重介紹了模糊控制方法的應用，并在Matlab 中對單個(gè)電源模塊進(jìn)行仿真。實(shí)驗結果證明了這種控制方式的可行性和優(yōu)勢，具有良好的應用前景，且符合直流電源智能化、模塊化的發(fā)展趨勢。

　　真空電弧爐是金屬熔煉的重要設備，而高效、穩定的直流供電電源是保證電弧爐正常運行的關(guān)鍵。電弧爐可分為起弧、熔煉、補縮等工作階段�？蛰d起弧時(shí)，真空電弧爐的起弧電壓一般為50 V~80 V，既需要防止起弧電壓過(guò)低無(wú)法啟動(dòng)，又需要抑制過(guò)高的電壓損壞坩堝。所以實(shí)際操作中，起弧時(shí)應采用電壓閉環(huán)調節，而熔煉中應采用電流閉環(huán)，以構成穩定度好的恒流控制。目前冶金行業(yè)大多采用經(jīng)典的PID 調節器，本文根據模糊控制理論，著(zhù)重針對電流閉環(huán)提出了一種模糊控制和PID 控制相結合的控制方法。

　　1、直流電源主電路結構

　　小型化是直流電源發(fā)展趨勢之一，在此本文介紹一種小型電源模塊的結構。三相交流經(jīng)三相不可控整流變?yōu)橹绷�，然后在全橋逆變電路轉化為高頻脈沖，再經(jīng)高頻變壓器降壓，最后全波整流，輸出直流電供電弧爐使用。輸入380 V 的交流電，輸出直流電流1 kA，輸出電壓20 V~50 V。C1 為輸入濾波電容，Lf 和Cf 構成輸出LC 濾波環(huán)節，T1~T5 為五個(gè)高頻變壓器。其中全橋逆變電路由TMS320F2812 控制，是整個(gè)電路的核心。綜合設備輸出參數要求及經(jīng)濟性，我們選用IGBT 為逆變功率元件。

圖1 單個(gè)電源模塊主電路原理圖

　　4、實(shí)驗環(huán)節與結論

　　本文利用Matlab/Simulink 仿真軟件對模糊和PID 算法控制的電流環(huán)進(jìn)行仿真，額定輸出電流1 kA，電壓20 V~50 V。仿真結果如圖8，實(shí)驗仿真結果表明模糊控制和PID 控制相結合的方法有良好的控制結果，響應速度快，且穩態(tài)精度高，超調較小。本文從理論上證明了模糊控制和PID 控制的可行性和優(yōu)勢。但由于在仿真中很多元器件都是理想模型，與實(shí)際使用的元件存在偏差，在實(shí)際需要通過(guò)查看實(shí)際輸出電壓和電流進(jìn)行調整。同時(shí)本文未考慮電磁干擾可能對控制電路的影響，這也是實(shí)際調試時(shí)需要考慮的問(wèn)題。

圖8 實(shí)驗電流波形圖