模糊pid控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-06-10 22:26 本頁(yè)面
【正文】 家學(xué)者研究的重點(diǎn)問題。直流電動(dòng)機(jī)的控制主要采用控制技術(shù)。其中智能控制器和儀表已經(jīng)非常多，這些產(chǎn)品已經(jīng)在工程實(shí)際設(shè)計(jì)中得到了很廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)上已經(jīng)有了各種各樣的控制器產(chǎn)品，其中控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。 直流調(diào)速系統(tǒng)從開環(huán)發(fā)展到閉環(huán)，從有靜差發(fā)展到無靜差，其中的關(guān)鍵是由運(yùn)算放大器等電子模擬電路所組成的調(diào)節(jié)器所起的作用。它把轉(zhuǎn)速定量和反饋量進(jìn)行比較后對(duì)誤差進(jìn)行控制，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在某一恒定值上；直流調(diào)速是現(xiàn)代電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)展較早的一門技術(shù)。在20世紀(jì)60年代，隨著晶閘管的出現(xiàn)，電力電子技術(shù)和控制理論相結(jié)合結(jié)合促進(jìn)了電力傳動(dòng)控制技術(shù)研究和應(yīng)用發(fā)展。盡管目前交流調(diào)速發(fā)展很迅速，交流調(diào)速技術(shù)越來越成熟，交流電動(dòng)機(jī)也有經(jīng)濟(jì)性和易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，使交流調(diào)速?gòu)V泛被應(yīng)用。但是直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一直利用其良好的調(diào)速性能占領(lǐng)著主市場(chǎng)，并且建立在反饋控制理論基礎(chǔ)上的直流調(diào)速原理也是交流調(diào)速控制的基本原理。在科技日益發(fā)展成熟的今天直流調(diào)速裝置和交流調(diào)速裝置都是數(shù)字化的，它們各自使用的芯片和軟件都有其特殊的優(yōu)點(diǎn)，但基本控制原理有其共性，本論文主要通過MATLAB仿真研究證明直流調(diào)速的基本工作原理和調(diào)速性能。在21世紀(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的工業(yè)發(fā)展對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的精度以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的自適應(yīng)能力的要求也越來越高，在工業(yè)發(fā)展的過程中，所研究的系統(tǒng)也變得更加的復(fù)雜。然而在很多情況下被控對(duì)象的模型是很難建立，但是就算被控對(duì)象的模型能建立出來，也是高階系統(tǒng)，處理起來更加麻煩，對(duì)象性能的分析更是不容易。還有工業(yè)系統(tǒng)中的模型相互之間有復(fù)雜多變的交叉耦合關(guān)系，使其模型變得更加復(fù)雜、難于求解和分析它的主要性能。在科技變得復(fù)雜，工業(yè)對(duì)象也變得復(fù)雜的時(shí)代，需要自動(dòng)控制的設(shè)備和對(duì)象越來越多，傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制有一定的局限性，因?yàn)樗荒芙鉀Q被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型確定的以及一些簡(jiǎn)單模型方面的問題，對(duì)于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型無法建立的對(duì)象無法進(jìn)行控制。因?yàn)槿四X可以對(duì)模糊事物進(jìn)行正確的識(shí)別與判斷，然后對(duì)問題作出分析與解決，雖然這樣的識(shí)別與判斷的模糊手段看著似乎非常不確切，但是它就是可以達(dá)到精確控制的目的。而自適應(yīng)控制技術(shù)不一定能達(dá)到這樣的控制效果。操作人員是在通過不斷的嘗試之后，積累大量的經(jīng)驗(yàn)，然后應(yīng)用這些經(jīng)驗(yàn)以及理論知識(shí)來確定對(duì)被控對(duì)象的策略及性能指標(biāo)的判據(jù)。而這些操作人員的經(jīng)驗(yàn)都是以自然語言的形式表達(dá)出來的，自然語言是人們?cè)趥鬟f信息的過程中最常用到的符號(hào)系統(tǒng)，盡管其中包含了不確定性和模糊性，利用清晰的經(jīng)典邏輯很難解釋，但它蘊(yùn)含信息的能力是最強(qiáng)的。由于種種控制問題的出現(xiàn)和發(fā)展迫切需要一種更先進(jìn)的控制方法的出現(xiàn)。1965年首先提出來模糊集合的概念，1973年又提出了一種把邏輯規(guī)則的語言轉(zhuǎn)換成相關(guān)控制量的思想處，為理客觀世界中存在的一類模糊性問題提供了有力的工具。模糊控制是指模糊理論在控制技術(shù)上的應(yīng)用。它用語言變量代替數(shù)學(xué)變量或他們兩者結(jié)合應(yīng)用；模糊控制的函數(shù)關(guān)系是用模糊條件語句的形式表達(dá)出來的，模糊控制是和人類學(xué)習(xí)有相似的地方和具有自適應(yīng)能力的控制系統(tǒng)。模糊控制的優(yōu)點(diǎn)是： ①無需預(yù)先知道被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型②容易學(xué)習(xí)和掌握模糊邏輯控制方法（規(guī)則由人的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來）③有利于系統(tǒng)知識(shí)的處理模糊控制系統(tǒng)中的控制邏輯更加接近于人類得思維。所以操作人員通過不斷的嘗試積累下的經(jīng)驗(yàn)可以直接應(yīng)用到控制系統(tǒng)中。與常規(guī)的控制系統(tǒng)相比較，很多復(fù)雜系統(tǒng)中的問題都可以依靠模糊控制來解決，并可以達(dá)到更好的控制效果。本設(shè)計(jì)主要是轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的設(shè)計(jì)。利用MATLAB中原有的Power System 模塊搭建雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的模型，在轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的設(shè)計(jì)中都使用調(diào)節(jié)器，再進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，通過不斷的調(diào)試，得出仿真結(jié)果。然后根據(jù)制定的模糊規(guī)則設(shè)計(jì)出合適的模糊控制器，將原先搭建的模型中的轉(zhuǎn)速環(huán)里的環(huán)節(jié)用模糊控制器代替，然后進(jìn)行調(diào)試。最后將以上兩種調(diào)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出對(duì)于直流電機(jī)的最優(yōu)控制方法。2 模糊控制的基本理論模糊控制理論是是建立在模糊集合論、模糊語言以及模糊邏輯基礎(chǔ)之上的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制先進(jìn)控制理論方法。模糊控制將該領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)轉(zhuǎn)化為某種數(shù)值運(yùn)算，是處理控制系統(tǒng)中不精確性和不確定性的一種有效的手段。在這種控制方法中首先將技術(shù)人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜业睦碚撝R(shí)轉(zhuǎn)換為模糊規(guī)則，然后把實(shí)時(shí)信號(hào)進(jìn)行模糊化，將模糊化的結(jié)果作為模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理，最后再將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上。 模糊控制過程圖 ——模糊控制器在模糊控制中最重要的是模糊控制器的設(shè)計(jì)，人們根據(jù)大量的不精確的信息進(jìn)行模糊邏輯推理，將多次的控制經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)后得出更加有利于控制的結(jié)論和控制規(guī)則。模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)那些測(cè)量數(shù)據(jù)不精確、需要處理的數(shù)據(jù)量過大以至于無法判斷他們的兼容性、一些復(fù)雜、可變的被控對(duì)象的場(chǎng)合時(shí)有利的，利用模糊逼近去表示他們是非常合適的。一般來說，優(yōu)化模糊規(guī)則便可以對(duì)模糊控制的性能進(jìn)行改善。模糊控制器有如下特點(diǎn):1) 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。模糊控制主要是一種依靠模糊規(guī)則的控制。它直接采用了語言型控制規(guī)則，并且應(yīng)用了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的理論知識(shí)，使得控制機(jī)理和策略易于被多數(shù)人接受與理解，最重要的是它的模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于利用。2) 適用于數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對(duì)象。3) 容易被人們所接受。依據(jù)專家或者是操作者的多年的經(jīng)驗(yàn)來制定容易被人接受的模糊規(guī)則，然而這些規(guī)則便是控制的核心內(nèi)容。所制定的規(guī)則會(huì)特別容易的就被人類接受和理解。例如“小明很饑餓，則小明要多吃一些飯?！?）它反映出人類的思維。模糊控制運(yùn)用模糊量，例如“長(zhǎng)短”“高矮”“胖瘦”“輕重”“大小”反映人類的思維。 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)在理論上講，模糊控制器由維關(guān)系表示。關(guān)系可視作受制于區(qū)間內(nèi)個(gè)變量的函數(shù)。是幾個(gè)維關(guān)系的組合，每個(gè)代表一條規(guī)則：?？刂破鞯妮斎氡荒：癁橐痪S關(guān)系，對(duì)于多輸入多輸出控制時(shí)，為維。模糊輸出可以應(yīng)用合成推理規(guī)則進(jìn)行計(jì)算。
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