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)(編輯修改稿)
2024-07-22 22:26 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 當(dāng)對(duì)進(jìn)行解模糊，便可以得到一個(gè)精確的輸出數(shù)值。 理論模糊控制器的原理框圖 模糊控制器需要解決的三大問題1) 第一個(gè)問題是怎么樣把確定量轉(zhuǎn)化為與之相對(duì)應(yīng)的模糊量。2) 第二個(gè)問題是模糊控制規(guī)則形成和推理。3) 第三個(gè)問題是怎么樣把模糊量轉(zhuǎn)換為與之相對(duì)應(yīng)的確定量。從以上的三個(gè)問題可以知道，模糊控制器的設(shè)計(jì)需要解決的問題就是模糊化過(guò)程、知識(shí)庫(kù)、推理決策和精確化。 模糊控制器的三大模塊庫(kù)l 模模化 將模糊控制器輸入量的確定值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模糊語(yǔ)言變量l 模糊推理 將已有的控制經(jīng)驗(yàn)和輸入變量作為設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，通過(guò)模糊變換得出新的模糊經(jīng)驗(yàn)作為結(jié)論l 清晰化 將模糊推理后得到的模糊集轉(zhuǎn)換為用作控制的數(shù)字值 模糊化的具體步驟1)根據(jù)確定數(shù)及量化因子求在基本論域上的量化等級(jí)。2)查找語(yǔ)言變量的賦值表，找出在與最大隸屬度對(duì)應(yīng)的模糊集合，該模糊集合就代表確實(shí)數(shù)的模糊化結(jié)果。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。 模糊化對(duì)于一個(gè)測(cè)量值可以對(duì)應(yīng)2個(gè)以上的模糊子集，即可以隸屬于“中”，也可以隸屬于“大”，知識(shí)隸屬的程度不同而已。，即測(cè)量值隸屬于“中”，隸屬于“大”。為了使得任意物理量輸入都能夠映射到模糊集系統(tǒng)中去，即在所有論域內(nèi)的輸入量都可以與某一模糊子集相對(duì)應(yīng)，模糊子集的數(shù)目和范圍必須遍及整個(gè)論域。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。模糊化過(guò)程主要任務(wù)是定義域內(nèi)所有的語(yǔ)言值的隸屬度函數(shù)。 精確化的過(guò)程通過(guò)模糊推理可以得到一個(gè)模糊集合或者是一個(gè)隸屬度函數(shù)，但是在控制系統(tǒng)中，只能是由確定值去控制驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。在推理得到的模糊集合中取一個(gè)最佳代表的這個(gè)過(guò)程就被稱為精確化過(guò)程。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。根據(jù)隸屬度函數(shù)的形狀、推理方法選擇合適的精確化計(jì)算方法。在模糊控制中最主要的是建立合適正確的模糊控制規(guī)則表。為了實(shí)現(xiàn)模糊控制的控制效果達(dá)到最佳狀態(tài)，就必須研究不確定性推理的規(guī)律，而模糊邏輯推理就是主要研究不確定性推理的重要方法之一。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)。模糊邏輯原則上是一種擬人思維，要用從01之間的確切數(shù)值一個(gè)模糊命題的真假程度，有時(shí)候是很困難的，人們?cè)谌粘Ｉ钪薪涣餍畔⒂玫拇蠖鄶?shù)是自然語(yǔ)言，而這種自然語(yǔ)言是用充滿了不確定性的描述來(lái)表達(dá)具有模糊性的現(xiàn)象和事物。自然語(yǔ)言的模糊性是由于使用率大量的模糊化詞來(lái)組成自言語(yǔ)言。因此，從理論上講，一切具有模糊性的語(yǔ)言都可以稱為模糊語(yǔ)言，在不同的條件下一種模糊概念可以代表不同的含義。通常推理方法都是很嚴(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。例如，前提：如果A，則B:如果B,則C。結(jié)論：如果A，則C。可是，在生活中，人們得到的信息卻不是精確的，反而大多數(shù)都是模糊的，或者事實(shí)本身就很模糊。（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。根據(jù)系統(tǒng)控制精度的要求不同，誤差、誤差變化率和控制量的變化量，可以選擇3個(gè)，7個(gè)，8個(gè)等級(jí)甚至更多。分為3個(gè)等級(jí)：大、中、小。如果分為7個(gè)等級(jí)，則常選用正大、正中、正小、零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大等7個(gè)語(yǔ)言變量值，在本論文中，用一下7個(gè)變量、、來(lái)表示語(yǔ)言變量。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。而且控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以控制器只需對(duì)比例、積分和微分3個(gè)參數(shù)的進(jìn)行設(shè)定。有的時(shí)候在系統(tǒng)控制中也可以只有兩個(gè)參數(shù)，但是不管怎么操作它的比例控制單元是不可或缺的，那么我們有以下三個(gè)主要原因使用控制來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。1)應(yīng)用范圍廣雖然許多工業(yè)過(guò)程是時(shí)變的或非線性的，但是我們只需通過(guò)對(duì)它進(jìn)行簡(jiǎn)化就可以改變成動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化和基本線性的系統(tǒng)，這樣就可以達(dá)到的可控制。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。如果在控制過(guò)程中動(dòng)態(tài)特性變化，比如在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中由負(fù)載的變化而引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，那么，參數(shù)就可以重新整定。3)控制器在實(shí)踐中也不斷地得到改進(jìn)在科技不斷進(jìn)步的同時(shí)，控制器也在不斷地升級(jí)和完善?？刂破饕仓鸩桨l(fā)展為最簡(jiǎn)單、最實(shí)用的控制器。1) 啟動(dòng)的快速性問題由于調(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。在系統(tǒng)調(diào)節(jié)的過(guò)程中，比例環(huán)節(jié)在反映速度控制過(guò)程中的偏差的同時(shí)還可以自動(dòng)按照比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，在最短的時(shí)間內(nèi)減小偏差。雖然比例環(huán)節(jié)可以減小偏差但還會(huì)產(chǎn)生靜差，此時(shí)可以加入積分環(huán)節(jié)來(lái)消除靜差，而積分環(huán)節(jié)作用的強(qiáng)弱主要取決于積分時(shí)間常數(shù)的大小，越大積分作用越弱，反之積分作用就越弱。2） 提高系統(tǒng)的抗擾性能 在設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的設(shè)計(jì)都應(yīng)用調(diào)節(jié)器，如果系統(tǒng)中加入調(diào)節(jié)器，就可以提高系統(tǒng)的抗干擾性能，還可以對(duì)于電網(wǎng)電壓以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)產(chǎn)生的擾動(dòng)進(jìn)行抑制和調(diào)節(jié)，而且還可以加快調(diào)節(jié)時(shí)間。 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。過(guò)載倍數(shù)，取電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)，轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)。取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的飽和值為，輸出限幅值為，額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速給定。仿真觀察系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、電流響應(yīng)和設(shè)定參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響。 搭建模型 在本次設(shè)計(jì)中
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