基于模糊逻辑的交流电力系统无功补偿与电机调速系统

资 源 简 介

本项目针对交流电力系统及交流电动机控制领域，重点研究如何通过模糊逻辑控制提升系统的动态响应和稳定性。系统在MATLAB/Simulink环境下进行建模，主要功能包括：首先搭建交流异步电机或永磁同步电机的矢量控制模型，利用模糊控制器取代传统的PI调节器，通过实时监测速度误差及误差变化率，在线调整控制参数，解决交流传动系统中非线性、强耦合以及参数时变带来的控制难题。其次，在交流电网无功补偿场景下，系统通过模糊推理规则对有源电力滤波器进行电流反馈控制，以实现更精确的谐波治理和功率因数校正。功能涵盖了交流信号采样

详 情 说 明

基于模糊逻辑算法的交流侧电力系统无功补偿与调速控制系统

项目介绍

本项目是一个集成交流异步电机矢量控制（FOC）与有源电力滤波器（APF）无功补偿功能的综合仿真系统。通过在MATLAB环境下构建数学模型，项目重点展示了模糊逻辑算法在替代传统PI调节器方面的优势。系统旨在解决交流传动中由于参数波动和非线性负载引起的控制不稳定问题，实现在复杂工况下的高性能转速跟踪、转矩稳定输出以及电网侧的谐波治理。

功能特性

1. 模糊自适应调速：利用模糊控制器动态调节转矩电流参考值，相比传统控制具有更小的超调量和更快的收敛速度。
2. 异步电机矢量控制：实现了基于转子磁链定向的矢量控制方案，包含完整的电流内环控制逻辑和转差频率计算。
3. 非线性负载模拟与补偿：系统模拟了包含5次和7次高次谐波的非线性负载电流，并通过补偿算法体现了有源电力滤波器的基本功能。
4. 全动态仿真验证：在仿真周期内设置了转速参考值的多段阶跃变化以及负载转矩的突变，全面考核控制系统的鲁棒性。
5. 多维度分析可视化：提供转速跟踪、电磁转矩、定子电流坐标变换、模糊控制曲面、电流频率谱（THD）及功率因数变动等全方位的数据展示。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
2. 所需工具箱：基础MATLAB环境。本系统采用纯脚本代码实现，不依赖外部Simulink图形库，便于代码移植与参数参数化调试。

实现逻辑说明

系统的核心实现逻辑遵循以下步骤：

1. 参数初始化阶段：配置电机额定功率、定转子电阻电感、互感、转动惯量等物理参数。同时定义电网频率、采样步长以及模糊控制器的量化因子和比例因子。
2. 参考轨迹设计：设定了多段变化的期望转速（形如1000-1400-800 RPM）和0.7秒时刻的负载突变（20 N.m），模拟真实的工业运行环境。
3. 主仿真循环：

- 电网信号生成：产生三相交流电压基准。 - 负载电流建模：构建包含基波、5次谐波和7次谐波的复合负载电流模型。 - 模糊调速环节：计算转速误差及变化率，通过量化映射进入模糊推理机。 - 矢量控制计算：通过磁通观测计算转差，完成从dq旋转坐标系到定子参考系的坐标变换。 - 动力学解算：采用数值迭代方法求解转子磁链方程、电磁转矩方程和电机机械转动方程。 - APF逻辑：提取负载电流中的非线性分量，模拟输出补偿电流以维持电网侧电流质量。

1. 结果处理：对采集的电流信号进行FFT变换计算频谱分布，并绘制所有关键变量的时间响应曲线。

关键函数与算法分析

1. 模糊推理机算法：

实现了一个双输入单输出的模糊控制器。采用了7x7的语言变量规则表（涵盖NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB）。输入变量经过量化因子Ke和Kec处理后，映射到[-3, 3]的论域内。推理部分采用了基于双线性插值的重心法简化模型，能够在离散仿真点上计算出平滑的控制增量输出值。

1. 异步电机矢量控制（FOC）算法：

代码实现了经典的磁场定向控制。通过Rr/Lr等参数计算转差频率，并结合机械速度积分得到电角度，从而完成坐标旋转。电流内环采用PI控制逻辑，独立控制励磁分量ids和转矩分量iqs，保证了磁场与转矩的解耦。

1. 动力学控制与求解算法：

系统舍弃了简单的理想模型，编写了反映电机物理特性的微分方程组。利用欧拉法在10kHz的高采样率下更新磁链、速度和角度状态，确保了仿真结果能真实反映电流纹波和转矩脉动。

1. 谐波分析算法：

集成快速傅里叶变换（FFT）功能，对系统运行产生的交流电流进行在线分析，计算不同频率下的幅值分布。

使用方法

1. 打开MATLAB软件，将工作目录切换至本项目代码所在路径。
2. 在命令行窗口直接输入主函数名称并回车。
3. 系统将自动启动1.5秒时长的动态仿真。
4. 仿真结束后，会自动弹出包含6个子图的分析窗口，用户可观测转速曲线是否平滑跟踪、模糊曲面是否合理以及补偿后的电流频谱特性。