随着我国经济的迅猛发展,对能源的需求也随之变得愈加旺盛,能源短缺已成为现代社会重点问题之一。而我国电机的用电量约占工业用电量的80%,占全国用电量的60%,其中同步电动机(synchronous motor,简称SM)由于运行稳定性好,效率高,过载能力强,装机容量大以及有利于改善电网的功率因数等优点而被广泛应用,但由于同步电动机在变负载时,不能自动调节励磁电压,使得功率因数数值普遍偏低,定子电流偏高,电路损耗大,造成电能的大量浪费。因此,对同步电动机进行节能研究成为交流传动领域的热点,具有重要的理论价值和实际意义。同步电动机自动励磁调节系统具有提高功率因数、稳定运行电压及分配无功功率等作用。励磁调节器的控制,广泛应用的是PID控制器,传统PID控制器具有原理简单、使用方便、适应性强等特点,但其设计需要精确的数学模型,而对于一些非线性和时变性的被控对象来说,建立精确的数学模型是非常困难的。蚁群算法是一种新的群体智能算法,它具有较强的鲁棒性、优良的分布式计算机制、多个个体同时进行并行计算,可以大大提高算法的计算能力和运行效率,而且不需要精确的数学模型,弥补了传统PID控制器的不足,本文提出采用蚁群算法优化PID控制器,对同步电机励磁系统进行节能研究。本文分析了同步电机能耗关系,得出节能原理,建立了励磁系统中各元件的传递函数及数学模型,实时采集同步电动机功率因数,并将其与给定值比较,得到偏差变量,送入蚁群算法PID控制器中,由蚁群算法优化PID控制器对参数进行离线寻优,实现负载变化时的自动调节。为了验证优化效果,在MATLAB/SIMULINK中首先搭建了基于蚁群算法优化PID励磁系统的仿真模型,仿真实验表明:蚁群优化PID控制算法相比传统PID,系统功率因数具有更好的跟踪性和抗干扰性,且响应快、超调量小;其次搭建了同步电动机节能控制系统仿真模型,对负载恒定、负载突增及负载突减进行了仿真实验,实验结果表明:当负载恒定时,蚁群算法优化的节能控制器系统相比传统控制器,系统功率因数调节时间短,振荡少;当负载突变时,系统能够自动调节励磁电流,使同步电动机的功率因数以最快的速度达到最佳状态,从而使定子电流小,线路损耗低,实现节能。最后,本文基于DSP芯片TMS320F2812设计了同步电动机励磁节能系统的硬件及软件部分,并给出了相应的硬件电路图和软件程序流程图。