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直流电动机调速系统模糊控制的仿真.doc
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2021-10-05
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【直流电动机调速系统模糊控制的仿真】的文档探讨了如何利用模糊控制技术改进直流电动机调速系统的性能。直流电动机因其优秀的起、制动性能,在电力拖动自动控制系统中广泛应用,但传统PID控制面临电机参数变化和非线性问题,导致控制效果不佳。 在【摘要】中提到,针对直流电动机调速系统的非线性特点和参数变化,设计了一个基于模糊控制的转速环,构建了一个双闭环调速系统。通过仿真研究,对比了模糊控制与常规PID控制在直流电动机参数变化和负载突变情况下的表现,结果显示模糊控制在面对不确定性时表现出更好的控制性能。 【部分内容】详述了模糊控制的优势,它不需要被控对象的精确数学模型,能应对非线性影响,具有较强的鲁棒性。文章构建了一个包含模糊控制器的双闭环调速系统仿真模型,其中转速环采用模糊控制,电流环仍用传统的PI调节器,以提高电机运行效率。在MATLAB/SIMULINK环境中建立了模型,并对电流环PI调节器进行了设计,包括内限幅和外限幅环节。 模糊控制器设计为二维结构,输入是转速偏差e和偏差变化率de,输出是电流给定值,作为电流调节器的输入。输入输出的论域和隶属度函数进行了具体设定,以适应不同的运行条件。 这篇文档强调了模糊控制在应对直流电动机调速系统中的复杂性和不确定性时的优越性,通过仿真验证了模糊控制可以提供更稳定、更适应变化的控制效果,这对于提升直流电动机的控制质量和效率具有重要意义。
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直流电动机调速系统模糊控制的仿真
摘 要 针对直流电动机调速系统的非线性和构造参数易变化等特点,本文设计了模糊控制
器,建立了转速环为模糊控制的双闭环调速系统。为了验证模糊控制器的控制效果,本文
对直流电动机的参数变化、负载突变等不同情况进展了仿真研究,并将仿真结果与常规
PID 控制进展比拟。结果说明,模糊控制器在电机参数变化或负载突变时具有较好的控制
性能。
关键词 直流电动机 控制器 仿真
1 引言
直流电动机具有良好的起、制动性能,在电力拖动自动控制系统,如轧钢机及
其辅助机械、矿井卷杨机等领域中得到了广泛应用。然而传统直流电动机双闭
环调速系统大多采用构造简单、性能稳定的常规 PID 控制技术,由于在实际的
传动系统中,电机本身的参数和拖动负载的参数(如转动惯量)并不如模型那样
一成不变,在某些应用场合会随工况而变化;同时,电机本身是一个非线性的
被控对象,许多拖动负载含有弹性或间隙等非线性因素。因此被控制对象的参
数变化与非线性特性,使得线性的常参数的 PID 调节器常常顾此失彼,不能使
系统在各种工况下都能保持设计时的性能指标,往往使得控制系统的鲁棒性差,
特别是对于模型参数大 X 围变化且具有较强非线性环节的系统,常规 PID 调节
器难以满足高精度、快响应的控制要求,常常不能有效克制负载、模型参数的
大 X 围变化以及非线性因素的影响[1]。
模糊控制是一种典型的智能控制方法,广泛地应用于自然科学和社会科学的许
多领域[1],其最大的特点是将专家的经历和知识表示为语言控制规那么,
. .zj.
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并用这些控制规那么去控制系统,这样它可以不依赖于被控制对象的准确数学
模型,能够克制非线性因素的影响,对被控制对象的参数具有较强的鲁棒性。
为了验证模糊控制器具有对被控制对象参数变化适应能力强的特点,本文以实
际的直流电动机双闭环调速系统为例,设计了相应的模糊控制器,建立了直流
电动机双闭环调速系统模糊控制的仿真模型,仿真结果说明,模糊控制器在负
载突变或电机参数变化时具有较好的控制性能,充分表达了其适应于非线性时
变、滞后系统的控制以及鲁棒性强的特点。
2 双闭环调速系统的模糊控制
2.1 调速系统的模糊控制模型
根据经典的直流电动机双闭环调节系统的构造,考虑到外环转速环是决定控制
系统的根本因素,而内环电流环主要起改变电机运行特性以利于外环控制的作
用,本文在建立直流电动机双闭环调速系统的模糊控制模型中,转速环采用模
糊控制器,而内环仍然采用传统的 PI 调节器。考虑实际电动机的运行,在电流
环 PI 调节器的设计中积分作用项加上了内限幅环节,而电流调节器的输出那么
加上了外限幅环节(在仿真中内限幅值取±50,外限幅值取±500)。在仿真软
件 MATLAB/SIMULINK 环境下建立常规 PI 电流调节器模型如图 1 所示。整个
调速系统的模糊控制模型如图 2 所示。
. .zj.
. -
2.2 转速环模糊控制器的设计
转速环采用简单的二维模糊控制器,其根本构造如图 3 所示,输入量为直流电
动机转子角速度给定值和实际值的偏差 e 以及偏差的变化量 de,其输出为电流
的给定值,进一步作为电流调节器的输入。为了方便起见,在模糊控制器的设
计中,其输入输出的语言变量值取一样,其相应的隶属度函数如表 1 所示。
考虑输入设定值的大小将影响到模糊控制器论域的设定,假定输入给定值(转子
. .zj.
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