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)-wenkub
2023-07-10 22:26:13 本頁(yè)面
【正文】 、功能以及功耗、自動(dòng)化程度等廣泛受到世界的關(guān)注。在工程實(shí)踐中，正是由于直流電動(dòng)機(jī)具有穩(wěn)定的工作性能和良好的調(diào)速性，所以在當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)中得到了認(rèn)可和廣泛的應(yīng)用，由于被廣泛應(yīng)用，所以才會(huì)出現(xiàn)較多的問(wèn)題，進(jìn)而使直流電動(dòng)機(jī)的控制成為了很多專(zhuān)家學(xué)者研究的重點(diǎn)問(wèn)題。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(mén)技術(shù)。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(guò)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(lái)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(wèn)題，對(duì)于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型無(wú)法建立的對(duì)象無(wú)法進(jìn)行控制。而這些操作人員的經(jīng)驗(yàn)都是以自然語(yǔ)言的形式表達(dá)出來(lái)的，自然語(yǔ)言是人們?cè)趥鬟f信息的過(guò)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?zhuān)N(yùn)含信息的能力是最強(qiáng)的。它用語(yǔ)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(yǔ)句的形式表達(dá)出來(lái)的，模糊控制是和人類(lèi)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)。本設(shè)計(jì)主要是轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的設(shè)計(jì)。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(yǔ)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(guò)大以至于無(wú)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。它直接采用了語(yǔ)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(zhuān)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。所制定的規(guī)則會(huì)特別容易的就被人類(lèi)接受和理解。 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。模糊輸出可以應(yīng)用合成推理規(guī)則進(jìn)行計(jì)算。3) 第三個(gè)問(wèn)題是怎么樣把模糊量轉(zhuǎn)換為與之相對(duì)應(yīng)的確定量。模糊化過(guò)程主要完成測(cè)量輸入的變量值，并將數(shù)字表示形式的輸入量轉(zhuǎn)化為通常語(yǔ)言值表示形式的隸屬度函數(shù)值。每一個(gè)物理輸入量至少一個(gè)模糊子集的隸屬度必須大于零。常用的精確化過(guò)程的方法主要有三種： 1）最大隸屬度法 2）重心法 3）加權(quán)平均法其實(shí)精確化的算法還有左取大、右取大、去大平均等。扎德于19721974年間系統(tǒng)的建立了模糊邏輯理論，提出了模糊限定詞、語(yǔ)言變量、語(yǔ)言變量、語(yǔ)言真值和近似推理等概念，制定了模糊推理的規(guī)則，為模糊推理奠定了基礎(chǔ)。通常推理方法都是很?chē)?yán)格的，而二值推理只需要有確定的小前提，則一定會(huì)得出確定的結(jié)果。（1） Mamdani 模糊推理方法（2） Larsen 模糊推理的方法（3） TakagiSugeno 模糊推理算法（4） Tsukamoto 模糊推理算法在本次設(shè)計(jì)中，主要選擇Mamdani模糊推理方法，Mamdani模糊推理是模糊控制中普遍使用的方法，它本質(zhì)上是一種合成推理方法。3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真由于控制用途廣泛、使用靈活，系列的產(chǎn)品已經(jīng)快要到成熟的地步。2) 參數(shù)較易整定的參數(shù)，和可以根據(jù)控制過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)進(jìn)行參數(shù)整定。1) 啟動(dòng)的快速性問(wèn)題由于調(diào)節(jié)器具有非線性的特性，所以在電機(jī)性能容許的情況下，讓電機(jī)起動(dòng)的速度加快。 電機(jī)參數(shù)的選取和計(jì)算在本次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)指標(biāo)定為電流的超調(diào)量為，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速的超調(diào)量為。 搭建模型 在本次設(shè)計(jì)中主要使用MATLAB中Power System模塊來(lái)搭建直流電機(jī)模型。先設(shè)計(jì)電流環(huán)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。在設(shè)計(jì)時(shí)需要將電流調(diào)節(jié)器串接在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的后面，這樣就可以形成以轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)、電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。 、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；ACR—電流調(diào)節(jié)器；TG—測(cè)速發(fā)電機(jī)；TA—電流互感器；GT—觸發(fā)器； 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算如下：電流反饋系數(shù)為 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)間常數(shù)為 s電動(dòng)電磁時(shí)間常數(shù)為 s三相晶閘管整流電路平均失控時(shí)間為 s電流環(huán)的小時(shí)間常數(shù)為 s根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及選取的參數(shù)，電流環(huán)設(shè)計(jì)為I型系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為 其中： S 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的參數(shù)計(jì)算如下：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為 為了加快電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)速度，轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)為型，并且選中頻段 ，其傳遞函數(shù)為 其中： 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果根據(jù)以上的參數(shù)計(jì)算、設(shè)計(jì)原則以及原理框圖。但是比例增益太大時(shí)，會(huì)引起自然振蕩。4模糊在直流調(diào)速系統(tǒng)中的仿真 模糊控制器的設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器最重要的是要將輸入輸出的變量進(jìn)行模糊化，在論文中我將誤差和誤差變化率作為模糊邏輯控制器的輸入，輸出量為系統(tǒng)控制量、。模糊控制同樣是以誤差和誤差變化率作為輸入的其結(jié)構(gòu)圖 ，為系統(tǒng)的設(shè)定值，為系統(tǒng)輸出，和分別是系統(tǒng)的誤差和誤差的變化率，同時(shí)和也是作為模糊控制器的輸入，而為控制器輸出的控制信號(hào)，、為模糊化后的模糊量。將、經(jīng)過(guò)模糊化后得到模糊量和。 圖 仿真控制模型 將模糊控制器的部分封裝為子系統(tǒng)， FUZZY控制器子系統(tǒng)圖 仿真結(jié)果
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