【正文】 度。 系統(tǒng)仿真 仿真舉例：某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整理裝置采用三相橋式 電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動(dòng)： 220V,136A,1460r/min,Ce=? min/r,允許過載倍數(shù)? =； 晶閘管裝置放大系數(shù)： SK =40； 電樞回路總電阻： R=? ； 時(shí)間常數(shù)： lT =， mT =； 電流反饋系數(shù)： ? =(? 10V/ )； 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： ? =? min/r(? 10V/ Nn ) 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量 i? ? 5%,同時(shí)要求轉(zhuǎn)速無靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 %10?n? 。 (2)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 i? ? 5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。 電流環(huán)開環(huán)增益：要求 i? ? 5%時(shí)，參見資料 ??iITK ，因此 11 ??? ??? ssTK iI 于是， ACR 的比例系數(shù)為 ?? ???? ??S iIi K RKK (4)校驗(yàn)近似條件 電流環(huán)截止頻率： ??? sK Ici? 1)校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 cis ssT ????? ?? 11 13 1 滿足近似條件 2)校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件 cilm ssTT ?????? ?? 11 1313 滿足近似條件 3）校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 ciois ssTT ?????? ?? 11 131131 滿足近似條件 （ 5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電容和電阻 電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖 24所示，按所用運(yùn)算放大器取 ?? kR 400 ，各電阻和電容值計(jì)算如下： ?????? kkRKR ii 1 取 40k? FFFRC iii ?? 63 ?????? ? 取 F? 16 FFFRTC ooioi ? 63 ??????? ? 取 F? 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 %5% ??i? 滿足設(shè)計(jì)要求 31所示： 圖 31 電流環(huán)的仿真模型 在仿真模型中增加了一個(gè)飽和非線性模塊（ saturation),它來自于Discontinuities 組，雙擊該模塊，把飽和上界（ Upper limit)和下界 (Lower limit)參數(shù)分別設(shè)置為所給條件的限幅值 +10 和 10. 仿真的結(jié)果為： 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 32 電流環(huán)的仿真結(jié)果 33所示： 圖 33 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型 雙擊階躍輸入模塊把階躍值設(shè)置為 10，得到起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速與電流響應(yīng)曲線，如圖 34所示，最終穩(wěn)定運(yùn)行于給定轉(zhuǎn)速。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對(duì)于過于復(fù)雜或難于精確描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力了。 測量值 控制值 圖 41模糊邏輯系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖 圖 41為一般模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，此框圖包含了四個(gè)主要部分，即：模糊化、控制規(guī)則、模糊推理及模糊裁決，下面將就每一部分做詳細(xì)化地說明。若從 7 級(jí)中去掉負(fù)中（ NM)和正中（ PM)就是 5級(jí)；若將 5級(jí)劃分中間的零（ 0）改為 正零（ NO)和負(fù)零（ PO)就是 6 級(jí)。專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)、操作員的操作模式可整理為 if...then 的型式，構(gòu)成一組控制規(guī)則。模糊推論大都采三段論法，可表示如下： 22 條件命題： If x is A then y is B 事 實(shí)： x is A39。.推論算法可以下式表示： B39。解模糊化，常用解模糊化的方法有三種：加權(quán)平均法（含重心法）；取中位數(shù)法（也稱面積法）；最大隸屬度法。 基本模糊控制器最顯著的優(yōu)點(diǎn)是控制規(guī)則不受任何條件約束，控制對(duì)象完全可以是不可解析的，而且便于同有經(jīng)驗(yàn)的實(shí)踐者一起討論和修改，定性地采納各種好的控制思想和控制方法。 模糊控制器設(shè)計(jì) 目前，工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè) 重要標(biāo)志，經(jīng)典的PID（比例 積分 微分）控制器仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。 將常規(guī) PID 控制和模糊控制結(jié)合起來，設(shè)計(jì)成混合模糊 PID 控制器并將 其運(yùn)用到雙閉環(huán)直流控制系統(tǒng)中，通過運(yùn)用 Matlab 對(duì)其進(jìn)行了仿真研究，得到了模糊 PID 控制在雙閉環(huán)直流控制應(yīng)用中具有響應(yīng)速度快、魯棒性強(qiáng)以及不依賴被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點(diǎn)。 R 圖 42 模糊 PID混合控制器 運(yùn)用模糊 PID 控制對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真 傳統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中 ASR 和 ACR 多采用結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的帶限幅的 PI 調(diào)節(jié)控制器。因此被控制對(duì)象的參數(shù)變化與非線性特性，使得 PI 控制器的參數(shù)往往難以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)， 而且控制參數(shù)難以跟隨現(xiàn)場的動(dòng)態(tài)變化。 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 44 設(shè)置模糊控制器的輸入和輸出數(shù)目 偏差 E的論域?yàn)?[6,6]，服從三角隸屬函數(shù)曲線分布，仿真如圖 45： 圖 45 設(shè)置偏差 E的參數(shù) 偏差率 EC的論域?yàn)?[500,500]，服從三角隸屬函數(shù)曲線分布，仿真如圖 46： 26 圖 46 設(shè)置偏差率 EC的參數(shù) 輸出 U的論域?yàn)?[50,50]，服從三角隸屬函數(shù)曲線分布，仿真如圖 47： 圖 47 設(shè)置輸出 U的參數(shù) 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 模糊控制器規(guī)則如圖 48所示： U E NB NM NS ZO PS PM PB EC NB NB NB NM NM NS ZO PS NM NB NB NM NS ZO PS PM NS NB NM NS NS ZO PS PM ZO NB NM NS ZO PS PM PB PS NB NS ZO PS PS PM PB PM NB NS ZO PS PM PM PB PB NB NS PS PM PM PB PB 圖 48 模糊控制規(guī)則表 模糊控制器控制規(guī)則的輸入如圖 49所示： 圖 49 模糊控制器控制規(guī)則仿真圖 28 使用三角函數(shù)波，電流環(huán)的限流調(diào)為（ 5至 5） 把示波器調(diào)為 讓偏差 E= 偏差率 EC= 輸出 U=5 積分 I= 運(yùn)行后的到仿真圖 410： 圖 410 基于模糊控制的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果圖 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 5 調(diào)速系統(tǒng)的性能比較 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的比較 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì) 調(diào)速范圍和靜差率是一對(duì)相互制約的性能指標(biāo)，如果既要提高調(diào)速范圍，又要降低靜差率，唯一的辦法是減 少負(fù)載所引起的轉(zhuǎn)速降落 Nn? 。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制可以減小轉(zhuǎn)速降落，降低靜差率，擴(kuò)大調(diào)速范圍。 系，即靜特性。 假定晶閘管整流裝置輸出電流可逆，裝置的放大系數(shù) sK =44， 滯后時(shí)間常數(shù)Ts=. 電樞回路總電阻 R=? ，電樞回路電磁時(shí)間常數(shù) lT =,電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm=。在采用了比例積分調(diào)節(jié)器后，又能實(shí)現(xiàn)無靜差。 當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)被堵轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)遇到過流問題，例如挖土機(jī)由于機(jī)械故障或運(yùn)行 時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊，電動(dòng)機(jī)便會(huì)被堵轉(zhuǎn)。 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是靜、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良、應(yīng)用最廣 的直流調(diào)速系統(tǒng)。 1） 作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓變化。一旦故障消失，系統(tǒng)立即恢復(fù)正常。 從仿真結(jié)果中可知：電樞電流響應(yīng)曲線的上升過程中，模糊 PID 控制的要快于傳統(tǒng) PID 控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。 34 經(jīng)濟(jì)價(jià)值分析 直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型結(jié)果簡單，轉(zhuǎn)矩易于控制。因此雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在很多工業(yè)生產(chǎn)中可以提高生產(chǎn)效率，帶來更多的經(jīng)濟(jì)回報(bào)！ 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 參考文獻(xiàn) [1] 上海大學(xué) 阮毅 陳伯時(shí) 主編 《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [2] 師黎 陳鐵軍 李曉媛 姚麗娜 編著 《智能控制理論及應(yīng)用》 北京：清華大學(xué)出版社 [3] 于海生等 編著 《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》 北京：清華大學(xué)出版社 [4] 西安 交通大學(xué) 王兆安 黃俊 主編 《電力電子技術(shù)》 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 2021. 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