【正文】 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 1 頁 共 25 頁 1 緒論 直流電 動 機 經常被當做控制元件來使用 ，離生活越來越近。 PID 控制法 是 控制直流電機 常 用的方法 。 在有些情況下，控制器都是在對象有精確數學模型的基礎上建立起來的。 但是， 還有其他 在許多情況下 ， 由于各方面的原因， 生產過程 或者 被控對象的精確數學模型無法 建立。在 構建模型的過程中，一些參數需要估計，而且在解決這些參數的過程中，往往 會因為對整個控制過程和它的系統特性 沒有 做到 全面的了解 ，從而 導致了 精簡后 的數學模型 在說明原來的系統上存在較大的偏差 ， 使得設計的系統變得 沒有實用價值；還有一些 由于 在生產環(huán)境中，沒有合適的測量 方法，或者由于空間因素，整個測量過程中沒辦法安裝測量裝置最后導致了數學模型無法建立 [1~3]。 目前， 隨著 科技的不斷進步 ， 如今 研究的控制系統 中將會經常 涉及 到多變量、非線性、時變的 系統， 在這種情況下，要建立 數學模型 也 是非常困難的，或者 在這個情況下根本不能建立模型。在這種背景下 ， 傳統的控制理論和技術迎來了新的要求和挑戰(zhàn)。 一種可以處理語言信息能力的模糊控制理論的提出 克服了上面所出現的問題。在模糊控制理論的基礎上設計出了模糊控制器，而且它能夠模仿操作員工的手動控制。這種模糊控制器 對 已知受控對象的數學模型 無明確的要 求，但是，需要注意 ：模糊控制器 對 已知 被 控對象的數學模型 無明確的要求 ，并不 是在 對受控對象 無了解的 情況下 提出的 [4~6]。 恰恰 相反，它仍然 需要對受控對象有一定 的了解，只不過它們是以知識 的 模型 的形式而并不是用數學模型表達的。 所以，在直流電動機中應用 模糊控制對現代生活有著重大的意義 ，也是一個新的里程碑。 本課題研究的背景和意義 隨著時代的發(fā)展， 交流和直流調速不斷沖擊著，但是我國在這個直流調速領域中的研究不斷深入， 專家們研制出了 全數字 直流調速系統 [7]。這個調速系統有著較高的精度，而且很實用， 使得直流調速系 統 成為工業(yè)過程中不可缺的一部分 。 直流調速系統 有穩(wěn)速、調速和加減速這個三種控制要求。 在目前的控制過程中，對于調速和加減速已經得 到了良好的實現，但是在生產過程中穩(wěn)速的效果不是很理想，達不到預想中的 的效果 。 穩(wěn)速 需要的是 電機在一定的精度以所 規(guī)定的 的轉速穩(wěn)定的 運行，在某些干擾下 ，轉速波動 也不會 有比較大的變化 。 在某些情況下，受控對象和負載參數的變化很快，使得 PID調節(jié)器沒辦法及時適應，因此穩(wěn)速的要求很難達到標準。 直流電 動 機 本身是一個非線性的被控制對象，有 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 2 頁 共 25 頁 許多的間隙性和彈性的擾動存在， 如果有很多的變化量， PID 調節(jié)器 將無法顧及 。以致最終的設計結果不能達到設計時所需的要求，將 會得到魯棒性較差的控制系統。在這樣的系統中常規(guī)的 PID 常常不能有效地克服負載、非線性因素和模型參數的變化因而無法達到高精度和快響應的要求。所以在生產過程中這種控制器很難滿足生產要求。 模糊控制 對被控對象的模型沒有明確的要求，而 且 它的 適應性強， 通過和 PID調節(jié)器的結合，組成模糊 PID 的控制方案能有效地克服常規(guī)數字直流電動機調速裝置的缺點，進而設計出能在各種情況下 ， 均可以使得直流電動機能達到穩(wěn)定轉速精度的要求。 研究 的方法和內容 本 次 設計 是在直 流電動機的調速系統中引入了模糊控制，通過直流電機的 PID控制與直流電動機的模糊控制相比較 。此次 論文 的主要內容有 ： 通過閱讀國內國外大量文獻，了解下時代背景和發(fā)展趨勢 ，并且了解下模糊控制的由來和發(fā)展。在對這些知識的了解下，初步的了解模糊控制的應用、特點以及發(fā)展趨勢。接著進一步深入的研究模糊控制系統以及模糊控制器的相關知識，并且建立直流電機的 PID控制的仿真和模糊控制的仿真運行并分析。通過將兩種控制方式仿真出的結果相比較，更好的了解了模糊控制的相關知識。 本章小結 本章簡單的描述了下直流電機的發(fā)展以及本 課題的研究背景和意義，并且講述了本課題需要做的工作。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 3 頁 共 25 頁 2 模糊控制概述 模糊控制有著 悠久的發(fā)展歷史 ，由許多知識人士不斷地研究，最后他們的研究成果留了下來，使我們對模糊控制可以有更深入的了解。 模糊控制的起源 隨著 科學技術的不斷發(fā)展和生產工業(yè)要求的不斷提高， 使得現代 控制理論 不斷完善 。 現代控制理論 得到了成功的應用 ， 并且 成功的解決了多輸入與多輸出、線性或非線性、定常系統的控制問題?？墒窃谀承┣闆r下 需要得到被控對象的精確模型，但是由于各種因素被控對象的精確模型無法得到，所以對于這種情況和現象我 們就很難進行自動控制。 與此相反， 在生產過程中有經驗的操作人員 通過不斷地學習、積累操作經驗 之后，使用手動控制卻可以使得一些上面難以自動控制的生產過程得 到良好的控制。 這些 經驗 是操作人員長時間接觸被控對象后對被控對象的了解；平時在生產過程中，遇到突發(fā)情況時采用的控制方法；還有一些性能指標判據。上面 這些具有模糊性的信息是通過語言的形式定性的表達出來的。 模糊這個定義 是 美國著名控制論學者 在 1965 年發(fā)表 在 開創(chuàng)性論文中的， 這是 第一次 提出 與傳統數學和 控制理論的模糊集合理論 完全不同的一種理論 。他提出 來 的模糊集合理論， 是通過將自然語言轉化為計算機所能接受和理解的算法語言，這是通過語言控制計算機來完成這些控制規(guī)則，在這里面，計算機則起到了控制器的作用 ， 它的 核心是 通過 對復雜的系統或 生產 過程建立一種 可以 用 語言分析的數學模式 [8]。 在日常生活中，人的自然語言具有模糊性，基于這種原因這個自然語言恰恰能解決傳統的自動控制無法處理模糊性的這個問題。所以， 這種語言控制 被人們 稱為模糊語言控制，簡單的說就是模糊控制。隨 著模糊集合和模糊邏輯的出現 ，成功的 地解決了 如何描述控制規(guī)則的條件語句，形成了現在所認可的模糊 控制器，在這種情況下，模糊控制理論便出現了，它成為了模糊數學的一個十分重要的應用。 模糊控制的發(fā)展及其應用 模糊控制 有三段發(fā)展歷程 ： 第一階段 （ 1965~1974） 為 模糊控制的 萌芽階段，主要是 講的是 模糊數學的發(fā)展和 慢慢 成形 的 時期。 第二階段 （ 19741979 年） 是普通的 的模糊控制器階段， 這種模糊控制器是針對 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 4 頁 共 25 頁 某一生產過程或者控制過程，通過總結實踐經驗，從而自己總結出一張模糊控制的規(guī)則表， 這種模糊控制器的核心是利用實踐經驗形成一定的模糊控制規(guī)則表， 這張控制表具有一定的針對性，一旦形成，就不方便再進行改 動，無法適應變化的需求，從而不具有自組織、自學習能力，對于穩(wěn)態(tài)的精度也不是很理想。 第三階段： （ 1979 年 ~至今） 高性能 的 模糊控制器階段， 人們?yōu)榱丝朔?在 生產過程中普通模糊控制器的不足，引入了很多模糊控制策略，這些策略都是高性能的，值得注意的是在 1979 年提出給模糊控制器增加學習功能。這個理論是 由 和 共同提出的 ，這個理論的提出使得模糊控制器在生產過程中能夠不斷地取得新的信息 。 通過了解 新的信息 ，在根據新的新的信息 對控制量做出相應的調整，從而使得系統的性能大大改善 [9]。 在十九世紀七十年代，模糊控制就開始應用了。它用在了 蒸汽機和鍋爐的控制過程中，而且 控制效果比常規(guī) PID 調節(jié)器好很多。模糊控制器 是由英國倫敦大學教授 利用模糊控制語句編輯成的。 其 控制 的 方法是通過把操縱人員的經驗轉化為計算機所能理解的控制策略，為不知道精確模