【正文】 來表示。Simulink是MathWorks公司于1990年推出的產(chǎn)品，是用于MATLAB下建立系統(tǒng)框圖和仿真的環(huán)境。另外，Simulink還提供一套圖形動(dòng)畫的處理方法，使用戶可以方便地觀察到仿真的整個(gè)過程。激活Simulink(如前所述)。在用戶文件窗口上，用鼠標(biāo)在各拖入的單元之間作連線。[34]Simulink下傳統(tǒng)PID控制的直流雙調(diào)速系統(tǒng)仿真模型如圖41所示 圖 41傳統(tǒng)PID控制直流雙調(diào)速系統(tǒng)仿真模型Step—給定信號(hào) Ton—速度給定濾波 ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 Toi—電流給定濾波 scope—示波器 ACR—電流調(diào)節(jié)器 Ks—晶閘管逆變器 a—速度反饋濾波器 b—電流反饋濾波器 模糊PID控制的直流雙調(diào)速系統(tǒng)仿真我們只對(duì)直流雙調(diào)速系統(tǒng)的外環(huán)用模糊PID控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)PID控制器，而直流雙調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)仍然采用傳統(tǒng)PI控制,仿真過程如下：(1)模糊集合的編輯和運(yùn)算。(4)生成模糊控制器。圖55傳統(tǒng)PID控制圖56模糊PID控制由圖51和55可以看出傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)的波形出現(xiàn)了變化，在5S時(shí)出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)速降；而模糊PID控制的系統(tǒng)波形基本沒有變化說明其抗干擾性很好。在模糊規(guī)則的建立時(shí)，對(duì)控制過程進(jìn)行了充分分析，并反復(fù)進(jìn)行了多次試驗(yàn)，建立的模糊規(guī)則通過仿真和實(shí)際驗(yàn)證達(dá)到了比較理想的控制效果。參考文獻(xiàn)[1] 何建平，陳治國(guó)．電氣傳動(dòng)[M]．重慶:重慶大學(xué)出版社,2005[2] 陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)老師淵博的學(xué)識(shí)、敏捷的思維能力、幽默的談吐和一絲不茍的研究精神一直深深地影響著我，使我受益匪淺。(2)嘗試性討論了模糊PID控制在雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)的方式，并對(duì)一些典型的形式進(jìn)行了概要性的描述。傳統(tǒng)PID: 超調(diào)量s＝%＝%模糊PID：超調(diào)量s=0 快速性分析圖 53傳統(tǒng)PID控制 圖 54模糊PID控制由圖53和54可以看出傳統(tǒng)PID控制上升時(shí)間要優(yōu)于模糊PID控制的上升時(shí)間，但調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間兩者基本相同，可以看出模糊PID在快速性上并沒什么優(yōu)勢(shì)可言。本設(shè)計(jì)選用專家經(jīng)驗(yàn)法,用“if ??then ??”形式表達(dá)模糊控制規(guī)則：If ( E is NB) and ( EC is NB) then ( U is NB) [1]If ( E is NB) and ( EC is NS) then ( U is NM) [1]……圖42模糊推理系統(tǒng)、隸屬度編輯界面(3)模糊決策采用。(3)運(yùn)行后便可通過模擬示波器觀察波形。激活輸出顯示模塊組Sinks，選中所需要的單元圖標(biāo)，將它拖入新打開的用戶文件窗口的空白處釋放。 結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所需要的模塊單元，構(gòu)成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。Simulink是用模塊組合的方法來使用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型的，特別對(duì)于復(fù)雜的非線性，它的效果更為明顯。MATLAB是由MathWorks公司1984年推出的一套數(shù)值計(jì)算軟件，分為總包和若干個(gè)工具箱，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)、偏微分方程數(shù)值、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、圖像處理等各個(gè)領(lǐng)域的計(jì)算和圖形顯示功能。== 模糊判決(將控制量去模糊化)模糊判決的方法較多，常用的有:最大隸屬度方法、取平均值方法和加權(quán)平均法，本系統(tǒng)采用加權(quán)法。= C162。R1A =R1B=B1174。=。那么由式(34)得出的推理結(jié)果是輸出量U在論域U*上的模糊矢量，其元素是U的某個(gè)模糊集合的隸屬度。相應(yīng)的論域{6，5，4，3，2，1，0，1，2，3，4，5，6}，其隸屬函數(shù)表都如表31。本系統(tǒng)采用的便是二維模糊控制器。然而，何時(shí)并如何實(shí)現(xiàn)無切換將是應(yīng)用中的附加問題。 直接控制量型模糊PID控制器如果模糊推理機(jī)的輸出是PID原理范圍內(nèi)作用量，則該控制器屬于直接控制量型。 增益調(diào)整型模糊PID控制器該類控制器中輸出的物理量直接對(duì)應(yīng)增益參數(shù)，通過應(yīng)用模糊規(guī)則在線對(duì)三個(gè)增益參數(shù)調(diào)整。但PID本質(zhì)是線性控制，而模糊控制具有智能性，屬于非線性領(lǐng)域，因此，將模糊控制與PID結(jié)合將具備兩者的優(yōu)點(diǎn)。綜合PID控制和模糊控制可以知道：(1)PID控制和模糊控制都是適應(yīng)性強(qiáng)的控制方法，可以適應(yīng)大多數(shù)被控對(duì)象的控制；(2)PID控制穩(wěn)態(tài)性能好，但動(dòng)態(tài)特性不太理想。對(duì)于這樣一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)輸入A和B同時(shí)滿足時(shí)，則輸出C，這種蘊(yùn)涵關(guān)系為(A∧B)→C。模糊推理有下列幾種常見的形式：CRI法、Mamdani推理法、模糊推理的TVR法等。有模糊陳述句、模糊判斷句、模糊推理句等幾種類型。建立模糊控制規(guī)則一樣的“IFTHEN”形式來描述被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。在人為控制的過程中，一般根據(jù)被控量的誤差E、誤差的變化EC和誤差變化的速率ER進(jìn)行決策。因此輸入的精確量(數(shù)字量)需轉(zhuǎn)化為模糊量，另一方面，模糊算法所得到的模糊控制量需要轉(zhuǎn)化為精確的控制量輸出。誤差E的模糊量可用相應(yīng)的模糊語言表示，得到誤差E的模糊語言集合的一個(gè)子集e(e是一個(gè)模糊矢量)，再由e和模糊控制規(guī)則R(模糊算子)根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，得到模糊控制量u。模糊控制是一種典型的智能控制方法，其最大的特點(diǎn)是將專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)表示為語言控制規(guī)則，并應(yīng)用這些語言控制規(guī)則去控制系統(tǒng)，這樣它可不依賴于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，能夠克服非線性因素的影響，對(duì)被控對(duì)象的參數(shù)變化具有較強(qiáng)的魯棒性。實(shí)際上，模糊控制是以一種與傳統(tǒng)精確數(shù)學(xué)完全不同的數(shù)學(xué)－模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)理論建立起來的。現(xiàn)在，人們已經(jīng)明確地知道：模糊控制是目前在控制領(lǐng)域中所采用的三種智能控制方法中最具實(shí)際意義的方法。 模糊控制《信息與控制》雜志上發(fā)表了著名的《模糊集合》論文，文中首次提出表達(dá)事物模糊性的重要概念：隸屬函數(shù)，從而模糊理論突破了19世紀(jì)末笛卡爾的經(jīng)典集合理論，從此奠定了模糊理論的基礎(chǔ)。3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T229。電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為WACR=Ki(3)選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)ACR超前時(shí)間常數(shù)：ti=Tl=。設(shè)計(jì)要求：穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差。微分控制作用，能感覺出誤差的變化趨勢(shì)，增大微分控制作用可加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，缺點(diǎn)是對(duì)于干擾同樣敏感，使系統(tǒng)對(duì)干擾的抑制能力降低。[1][3]第3章 系統(tǒng)控制方案 經(jīng)典控制(PID)PID控制是工業(yè)控制過程中應(yīng)用最多的一種控制方式，其原因是:第一，由于PID控制器具有簡(jiǎn)單而固定的形式，在很寬的操作條件范圍內(nèi)都能保持較好的魯棒性；第二，給設(shè)計(jì)人員提供了一種簡(jiǎn)單而直接的調(diào)節(jié)方式。②對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 動(dòng)態(tài)抗擾性能(1)抗負(fù)載擾動(dòng)性能。這不利于電流對(duì)轉(zhuǎn)速變化的響應(yīng)，有使穩(wěn)態(tài)特性變軟的趨勢(shì)。當(dāng)Un*一定時(shí)，轉(zhuǎn)速n將穩(wěn)定在Un*/a數(shù)值上。圖22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 以電流調(diào)節(jié)器ACR為核心的電流環(huán)電流環(huán)是由電流調(diào)節(jié)器ACR和電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)組成的閉合回路，其主要作用是通過電流檢測(cè)元件的反饋?zhàn)饔梅€(wěn)定電流。該環(huán)節(jié)的輸入量是觸發(fā)電路的控制電壓Uct，輸出量是理想空載整流電壓Udo。這樣，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也減少下來，使起動(dòng)過程變慢，起動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)。同時(shí),電機(jī)本身是一個(gè)非線性的被控對(duì)象,許多拖動(dòng)負(fù)載含有彈性或間隙等非線性因素。(二)抗擾性能指標(biāo)是指控制系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中受到干擾，經(jīng)歷一段動(dòng)態(tài)過程后，總能達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。并且，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。(3)改變電樞電路電阻229。因此，目前在直流調(diào)速系統(tǒng)中，除某些特大容量的設(shè)備而且供電電路容量較小的情況下，仍采用機(jī)組供電、晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)以外，幾乎絕大部分都已改用晶閘管相控整流供電了。但發(fā)電機(jī)——電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是需要增加兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵(lì)磁設(shè)備，因而設(shè)備較多、體積大、費(fèi)用高、效率低、安裝需有地基、運(yùn)行有噪聲、維修困難等。直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，過載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁地?zé)o級(jí)快速起制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，能滿足生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)中各種不同的特殊運(yùn)行要求，至今在金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域仍有廣泛的應(yīng)用，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍然被廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制要求較高的各種生產(chǎn)部門，是截止到目前為止調(diào)速系統(tǒng)的主要形式之一。在電動(dòng)機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，一般采用的是PID控制，但由于PID控制有其一定的局限性，在有些場(chǎng)合中難以獲得滿意的控制效果。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。但是汞弧變流器仍存在一些缺點(diǎn):維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對(duì)維護(hù)人員會(huì)造成一定的危害等。(3)提高控制單元水平，使其具有控制、監(jiān)視、保護(hù)、診斷及其自動(dòng)復(fù)原等多種功能。(2)穩(wěn)速——以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種可能的干擾下不允許有較大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。因此，由式(17)可見，如果對(duì)靜差率的要求越嚴(yán)，也就是說要求越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來說，動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)則以跟隨性為主。除此之外，模糊控制又進(jìn)一步提高了調(diào)速系統(tǒng)的魯棒性，對(duì)于我們解決直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（甚至是交流調(diào)速系統(tǒng)）的控制策略有重要的借鑒意義。另一方而，在一個(gè)調(diào)節(jié)器的情況下，輸入端綜合幾個(gè)信號(hào)，各參數(shù)互相影響，調(diào)整也比較困難。ASR輸出限幅值為Uim*，它決定了主環(huán)中的最大允許電流Idm。當(dāng)Ui*一定時(shí)，由于電流負(fù)反饋的調(diào)節(jié)作用，使整流裝置的輸出電流保持在Ui*/b數(shù)值上。[3] 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性及穩(wěn)態(tài)參數(shù)分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性的關(guān)鍵是掌握轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特性，它有兩種狀態(tài)：飽和—輸出達(dá)到限副值，輸入量的變化不再影響輸出（除非輸入信號(hào)變極性使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和），這時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)；不飽和—輸出未達(dá)到限幅值，通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，使輸入偏差電壓DUn在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。圖23 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算當(dāng)系統(tǒng)的ASR和ACR兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和且系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，各變量間的關(guān)系為：Un*= Un= an0= an (21)Ui*= Ui= bId= bIdL (22)Uct = = = (23)從上述式子可知，在穩(wěn)定工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n由給定電壓Un*決定，而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出量Ui*由負(fù)載電流IdL決定，控制電壓Uct由轉(zhuǎn)速n和Id的大小決定。(2)抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。①電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，保證獲得最大電流，起動(dòng)時(shí)間短，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性。PID具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)物理意義明確，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性優(yōu)良等顯著優(yōu)點(diǎn)，在各種新控制理論不斷出現(xiàn)的今天，在工業(yè)過程中仍占據(jù)主要位置。在工程上，直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型不難得到，這使得經(jīng)典控制在已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)才能進(jìn)行設(shè)計(jì)的前提得到滿足，大部分?jǐn)?shù)字直流調(diào)速控制器就是建立在此基礎(chǔ)上。電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi=。2)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件：Wci ≥33=31/s= 1/sWci，滿足近似條件。i=。模糊理論在解決不能精確建立數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)方面，取得了許多成功，解決了許多精確控制無法解決的控制問題。模糊控制的核心是在于它用具有模糊性的語言條件語句，作為控制規(guī)則去執(zhí)行控制。模糊控制這種技術(shù)，盡管其理論系統(tǒng)尚未完善，但其大量應(yīng)用的超常成效足以表明它是一種前途無量的技術(shù)。[10][13] 模糊控制的基本理論模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)智能控制，經(jīng)過20多年的發(fā)展，在模糊控制理論和應(yīng)用研究方面均取得重大成功。它不僅能成功地實(shí)現(xiàn)控制，而且還能模仿人的思維方法，對(duì)一些無法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控過程進(jìn)行有效控制。隸屬度是描述某個(gè)確定量隸屬于某個(gè)模糊語言變量的程度，隸屬度函數(shù)的確定方法有模糊統(tǒng)計(jì)法、相對(duì)比較法和專家經(jīng)驗(yàn)法等。一維模糊控制器的動(dòng)態(tài)性能不佳，二維模糊控制器的控制性能比較好，是目前廣泛采用的一種形式。 推理決策邏輯推理決策是模糊控制的核心，它利用知識(shí)庫的信息模擬人類的推理決策過程，給出合適的控制量。模糊推理句的形式為:“IF a THEN b”。對(duì)于這樣一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)有輸入A時(shí)，則輸出B，它的蘊(yùn)涵關(guān)系為A→B。[10][12] 模糊控制與PID結(jié)合傳統(tǒng)PID參數(shù)的設(shè)定一般采用NieglerNichols階躍響應(yīng)方法，根據(jù)純滯后時(shí)間和時(shí)間常數(shù)來整定控制器參數(shù)，~1之間，借助作圖法進(jìn)行，參數(shù)整定后保持不變，有時(shí)不能滿足要求。而模糊控制魯棒性好，能夠較大范圍的適應(yīng)參數(shù)變化。當(dāng)電壓較大時(shí)采用Fuzzy控制，響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)性能好。 增益調(diào)整的另一種形式是基于誤差驅(qū)動(dòng)的模糊PID控制器。圖33給出了幾種不同的單元，這些結(jié)構(gòu)單元可以組成各種形式的模糊PI/PD/PID控制器。[25] 雙閉環(huán)調(diào)速模糊PID控制器的設(shè)計(jì)一般情況下，一維模糊控制器用于一般被控對(duì)象，由于這種控制器輸入變量只選一個(gè)誤差，它的動(dòng)態(tài)性能不佳。轉(zhuǎn)速環(huán)采用簡(jiǎn)單的二維模糊控制器,其基本結(jié)構(gòu)如圖34所示。直流電機(jī)模糊控制規(guī)則總結(jié)如下表32，一共有49條控制規(guī)則。