【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制器最為關(guān)鍵的一部分 ， 它體現(xiàn)了 現(xiàn)場(chǎng)操作人員的 多年的操作 經(jīng)驗(yàn) 和專業(yè)人員 的知識(shí) ， 相當(dāng)于 在中國(guó)行駛，必須靠右走一樣 。 (5) 模糊推理。輸入量為模糊化之后的語(yǔ)言變量，再根據(jù)總的控制規(guī)則，進(jìn)行模糊 推理得到模糊控制量。 (6) 模糊判決。 由上述 產(chǎn)生的控制量通過(guò)計(jì)算得出精確的輸出量 ，并按照精確量執(zhí)行 。 模糊控制器的設(shè)計(jì)要求 模糊控制器的設(shè)計(jì) 一環(huán)套著一環(huán)的，先根據(jù)對(duì)象 的 輸入和輸出，確定輸入和輸出之后就要選擇它的結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)確定完了還要經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)化，最后一步把轉(zhuǎn)化后的值輸入到控制器中。這樣一系列的步驟都有一些內(nèi)在的要求 ： (1) 模糊控制 器 結(jié)構(gòu) 的 選擇。 在這個(gè)要求中，首先要確定模糊控制器 輸入 的變量d/dt 模糊化 模糊推理 去模糊 D/A 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對(duì)象 A/D 傳感器 控制規(guī)則 給定值 r + — y 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 9 頁(yè) 共 25 頁(yè) 和輸出 的 變量， 恰恰像上面描述的那樣 ，模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，它結(jié)構(gòu)的選擇對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著很大的影響 。 所以， 根據(jù)被控對(duì)象 的 特性和要求來(lái)選擇合適的結(jié)構(gòu)，從而對(duì) 減少模糊控制器對(duì)系統(tǒng)的影響。 (2) 模糊控制器是 一種語(yǔ)言型控制器。它是通過(guò)模仿人類的操作特性來(lái)控制的，但同時(shí)還反映了人們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程中的一些思考方法。 模糊控制器里面的規(guī)則并不是客觀世界中本來(lái)就存在的，它是設(shè)計(jì)者 在設(shè)計(jì)過(guò)程中， 結(jié)合專業(yè)人員的知識(shí)， 慢慢的總結(jié)在實(shí)驗(yàn)中得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 或者從有經(jīng)驗(yàn)的操作人員那歸納的，經(jīng)過(guò)了去偽求真、去粗求精的過(guò)程才形成的。由于是人為地總結(jié)制定的的，在許多情況下這個(gè)過(guò)程中往往有許多主觀的的因素，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)需要盡量避免這種情況的發(fā) 生。 (3) 選擇 模糊控制器中的模糊化和反模糊化的方法。 此過(guò)程就相當(dāng)于前面描述 的A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)化，由于輸入的控制量為數(shù)字量，即為精確量，執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接收的是模擬量，這兩者之間就需要一種計(jì)算方法協(xié)調(diào)。 (4) 模糊控制器 中參數(shù)的計(jì)算和確定 。 在設(shè)計(jì)的時(shí)候，先要根據(jù)實(shí)際情況 把 兩個(gè)變量的論域確定下來(lái)，確定下來(lái)之后還要根據(jù) 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求選擇合適的量化因子 、 比例因子 和參數(shù) ， 通過(guò)這種方法 來(lái)減少 模糊控制器 對(duì)系統(tǒng)造成的影響。 (5) 模糊控制軟件開發(fā)。 模糊控制器的 一般設(shè)計(jì)步驟 正如上述所說(shuō)，所以 直流電機(jī)的 模糊控制 系統(tǒng)的核心 器件就 是模糊控制器 。 其工作過(guò)程如下： 第一步是 將給定 的 轉(zhuǎn)速和實(shí)際 的轉(zhuǎn)速兩者相減之后得到的 值 作為 模糊控制器的輸入量 。 第二步 是通過(guò)模糊算法把第一步的 精確值 轉(zhuǎn)化為模糊量， 然后 送至 模糊邏輯決策器使用 ， 并把控制系統(tǒng)中的模糊關(guān)系按照要求確定下來(lái)，隨后根據(jù)內(nèi)在的算法算出它的輸出量。 第三步把這個(gè)模糊值去模糊化，變成精確值，方便執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行。 所以 ， 在完整的一套 系統(tǒng)控制過(guò)程中，這三個(gè)步驟可以簡(jiǎn)稱 為：模糊化過(guò)程、模糊邏輯推理和精確化計(jì)算。 其詳細(xì)步驟如下 ： (1) 模糊化過(guò)程： 把輸入的精確值轉(zhuǎn)化為模糊值 ， 即 將數(shù)字 量的 表現(xiàn)形式轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模糊子集， 這個(gè)過(guò)程 通過(guò)隸屬度函數(shù)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于任一個(gè)實(shí)際輸入量，至少有一個(gè)模糊子集的隸屬度函數(shù)大于 0，所以每個(gè)實(shí)際輸入量都必有一個(gè)模糊子集與之相對(duì)應(yīng)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 10 頁(yè) 共 25 頁(yè) (2) 模糊推理： 根據(jù)在操作控制系統(tǒng)時(shí)之前制定的模糊條件，組成所需要的模糊控制規(guī)則。最后用這個(gè)規(guī)則進(jìn)行計(jì)算所需的模糊輸出量。詳細(xì)的 模糊推理 算法 有 Zadeh法， Mamdani 法以及強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法。 (3) 精確化計(jì)算： 經(jīng)過(guò)模糊推理就可以計(jì)算出一個(gè)模糊集合，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，雖然是模糊執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但還是需要一個(gè)精確的值才能進(jìn)行操作 。精確化 過(guò)程 包含 了 兩個(gè)方面。第一個(gè)方面 將模糊的控制量 通過(guò) 清晰化 的 變換， 最后在 論域 上表示出來(lái)。第二方面是 將表示在論域范圍的清晰量經(jīng)過(guò)尺度 的 變換，變成實(shí)際的控制量范圍的清晰量 。 在精確化計(jì)算的過(guò)程中，常 用 的 方法 有 最大隸屬度函數(shù)法、重心法 這兩 種 。但是在這個(gè)計(jì)算過(guò)程中， 隨著選擇 計(jì)算方法的 不同，所計(jì)算出的值也會(huì)不同。 下面簡(jiǎn)單的介紹下計(jì)算方法 。 最大隸屬度法的計(jì)算方法 是先確定控制系統(tǒng)的的模糊論域，在這個(gè)模糊集合的論域中，有 n 個(gè)點(diǎn) u 的隸屬度都取最大值。遇到這種情況就可以選取這些點(diǎn)中坐標(biāo)的絕對(duì)值最大的點(diǎn) lomu 作為模糊集合的 代表點(diǎn) [11]。 即 j( u ) ( u)A =m a x( A ) ,j =1,2, ,n （ ） 取最大的絕對(duì)值的點(diǎn) 最為模糊集合的代表點(diǎn)即 jkm ax( u )= u ，klomu =u （ ） 重心法又 可以 稱 為 面積中心法，是取隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)圍成面積的重心作為輸出值。對(duì)于具有 m 個(gè)輸出量化級(jí)的離散論域情況， ju 處的隸屬度為 (u)jA ， 反模糊化結(jié)果為 [12] mjjk= 1C mjk= 1u A (u )u=A (u )?? （ ） 本章小結(jié) 本章節(jié)詳細(xì)的描述了模糊控制系統(tǒng)的知識(shí)，以及模糊控制器的設(shè)計(jì)要求，并且講解了模糊控制的計(jì)算方法。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 11 頁(yè) 共 25 頁(yè) 4 直流電機(jī) 的 PID 控制及其仿真 直流電動(dòng)機(jī)在日常生活中的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，它有良好的啟動(dòng)和制動(dòng)性能。特別是在電力拖動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，它的地位更是不可取代 。 直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用最為廣泛，它采用的是內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為轉(zhuǎn)速環(huán)的結(jié)構(gòu)，這樣確保了最大允許的恒電流，使 調(diào)速系統(tǒng) 在 最大的加速度 的情況下 達(dá)到穩(wěn)定 。 當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定后 ， 使電流轉(zhuǎn)矩同負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡。最后，通過(guò)外轉(zhuǎn)速 環(huán)的反饋 使得電動(dòng)機(jī) 的 轉(zhuǎn)速 保持 恒定。 直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分析 直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，如圖 。 圖 直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)有著很廣泛的應(yīng)用，它的結(jié)構(gòu)圖也是眾所周知。它有一個(gè)負(fù)反饋的電流環(huán) ，稱為內(nèi)環(huán)； 還有個(gè)轉(zhuǎn)速環(huán) 也 是負(fù)反饋，稱為外環(huán) 。 這兩個(gè)環(huán)組成了 電流調(diào)節(jié)器 (ACR)和 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 (ASR)，它們通過(guò)串聯(lián)而形成了整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)。 如圖 所示。 圖 中的 E是電樞反電動(dòng)勢(shì)，它是在勵(lì)磁作用下形成的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出的結(jié)果進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電流調(diào)節(jié)器的輸入。 然后在利用電流調(diào)節(jié)器的輸出值去激發(fā)晶閘管的觸發(fā)裝置。最后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅裝置和反饋通道的增益，使得電動(dòng)機(jī) 在 最短的時(shí)間 達(dá)到 啟動(dòng)和停止 的要求 。 直流 調(diào)速系統(tǒng)的 PID 仿真及分析 直流電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)如下： 電動(dòng)機(jī)： 額定電壓 Unom=220V， 額定電流 Inom=136A， 額定轉(zhuǎn)速 nnom=1460r/min，電勢(shì)常數(shù) Ce=*min/r。 允許 的 過(guò)載倍數(shù)為 。晶閘管裝置 的 放大系數(shù) Ks=40。 電 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 第 12 頁(yè) 共 25 頁(yè) 樞回路總電阻 R=。 電磁 時(shí)間常數(shù) ： Ti=。 機(jī)電時(shí)間常數(shù)： Tm=。 電流的 反饋系數(shù) β=。 轉(zhuǎn)速 的 反饋系數(shù) α= V*min/r。要求設(shè)計(jì) 時(shí) 電流調(diào)節(jié)器時(shí)電流超調(diào)量小于或等于 5％ ，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于或等于 10％ . (1) 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)AC R K i(T iS+ 1)W= T iS 根據(jù)超調(diào)量可得 Ki=， Ti= 所以A C R 1 .0 1 3