【正文】 制技術(shù)和非線性變阻尼控制技術(shù)，并且介紹了兩種求慘公式。比較圖 3圖 34 和圖 37 可知，非線性變阻尼控制技術(shù)相對(duì)于線性變阻尼控制能較好的改善二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 39 頁 第 20 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第 4 章 變阻尼控制改善二階系統(tǒng)的抗干擾性能在工程實(shí)際中，任何控制系統(tǒng)都可能受到各種各樣的干擾，抗干擾性能是系統(tǒng)的一個(gè)重要性能。系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)若受到干擾，輸出就會(huì)偏離穩(wěn)態(tài)值，對(duì)于第三章介紹的變阻尼控制系統(tǒng)，盡管在穩(wěn)態(tài)時(shí)阻尼比較大，但一旦受到干擾作用后使輸出發(fā)生偏差，阻尼比變小，造成偏差向壞的方向快速增大，不利于抗干擾。因此，變阻尼控制系統(tǒng)必須考慮抗干擾問題。本文介紹一種變阻尼抗干擾方法，它根據(jù)干擾信號(hào)作用時(shí)系統(tǒng)輸出偏差 及偏e差變化率 變化規(guī)律，在線改變系統(tǒng)阻尼比，可有效地提高系統(tǒng)的抗干性能和抑制ec超調(diào)。變阻尼抗干擾控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖 41。 ??1KsT?s?/dttk調(diào)整機(jī)構(gòu)ec??Rs ??YsGs??nt測速發(fā)電機(jī)圖 41 變阻尼抗干擾控制框圖 干擾信號(hào)作用時(shí)偏差的變化規(guī)律先分析干擾信號(hào)作用時(shí)系統(tǒng)輸出偏差 及偏差變化率 變化規(guī)律。對(duì)圖 42 所eec安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 39 頁 第 21 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊示單位負(fù)反饋系統(tǒng)施以干擾信號(hào)，設(shè)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為 ,干???21/??擾信號(hào) 、系統(tǒng)輸出 、偏差 及偏差變化率 分別見圖 43 (a)(b)(c)。??nt??yteec時(shí)間段為正極性干擾脈沖作用時(shí)，系統(tǒng)輸出偏離穩(wěn)態(tài)值增大過程，該過程的特12t:征是: ， 。 時(shí)間段為系統(tǒng)輸出回復(fù)穩(wěn)態(tài)值過程，其特征是 : ，0e?c23t: e?。 時(shí)間段為負(fù)極性干擾脈沖作用時(shí)，系統(tǒng)輸出偏離穩(wěn)態(tài)值減小過程，該c?45t過程的特征是: ， 。 時(shí)間段為系統(tǒng)輸出回復(fù)穩(wěn)態(tài)值過程，其特征是: ?0e56t， 。歸納起來，干擾脈沖作用時(shí)系統(tǒng)輸出分為二個(gè)過程，一是偏離穩(wěn)態(tài)e值過程，其特征為: 與 同號(hào)。二是回復(fù)穩(wěn)態(tài)值過程，其特征為: 與 異號(hào)。c ec ??1KsT?re??nt yG圖 42 帶擾動(dòng)作用的系統(tǒng)安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 39 頁 第 22 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊0 5 10 15101eec 0 5 10 0 5 10 a??nt??ytbc,e1t23t4t56t圖 43 干擾信號(hào)作用下系統(tǒng)的 、 和 變化曲線yec 超調(diào)過程 e 及 ec 變化規(guī)律二階系統(tǒng)在欠阻尼狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。下面分析超調(diào)過程中偏差 及偏差e變化率 的變化規(guī)律。c 圖 44 所示為被控對(duì)象為 的單位負(fù)反饋系統(tǒng)階躍響應(yīng)的輸出??21/Gss??、偏差 及偏差變化率 變化曲線。該系統(tǒng)阻尼比 ，屬欠阻尼型二階系????安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 39 頁 第 23 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊統(tǒng)，其階躍響應(yīng)過程中出現(xiàn)超調(diào)。圖 44 中 為超調(diào)過程，其中 為偏離穩(wěn)13t:12t:態(tài)值階段，其特征為 與 同號(hào)。 為回復(fù)穩(wěn)態(tài)值階段，其特征為 與 異號(hào)。ec23t ec0 5 10 1501 0 5 10 1ece 1t23t??yt,ba圖 44 欠阻尼響應(yīng)中的 、 和 變化曲線yec 變阻尼抗干擾及抑制超調(diào)方法根據(jù)上述分析，可采取如下的變阻尼方法來提高系統(tǒng)的抗干擾性能和抑制超調(diào)量:由調(diào)整機(jī)構(gòu)判斷 與 的極性符號(hào)，若為同號(hào)且都不為零，則將系統(tǒng)阻尼比調(diào)節(jié)ec為極大值 。若為異號(hào)，則保持原來在穩(wěn)態(tài)過程中的阻尼比。這樣可有效地抑制??max?偏離幅度，達(dá)到提高系統(tǒng)抗干擾性能和抑制超調(diào)量的目的。圖 45 所示為采用變阻尼抗干擾措施后系統(tǒng)仿真曲線。被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為，采用圖 41 結(jié)構(gòu)。干擾脈沖(見圖 45 中曲線 3)幅值為 ，脈??24/Gss??寬為 。圖 45 中曲線 l 為固定阻尼比( )系統(tǒng)仿真曲線，??大偏差為 。曲線 2 為采用上述變阻尼抗干擾措施后系統(tǒng)仿真曲線(阻尼比極大安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 39 頁 第 24 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊取 )，干擾造成的最大偏差僅為 。并且，幾乎完全抑制了超調(diào)。仿max?真結(jié)果充分說明變阻尼抗干擾措施是有效的。0 5 10 15 1312圖 45 變阻尼抗干擾系統(tǒng)仿真曲線0 5 10 15 14123圖 46 變阻尼綜合應(yīng)用仿真曲線將本章介紹的變阻尼抗干擾措施與第三章介紹的變阻尼改善動(dòng)態(tài)性能措施綜合應(yīng)用，能同時(shí)提高二階控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和抗干擾性能。二種措施綜合應(yīng)用的仿真結(jié)果見圖 46，被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為 ，曲線 1 為固定阻尼比(??24/Gss??)時(shí)系統(tǒng)仿真曲線 。曲 2 為僅采用變阻尼改善動(dòng)態(tài)性能措施的系統(tǒng)仿真曲線 。??曲 3 為將變阻尼改善動(dòng)態(tài)性能與變阻尼抗干擾二個(gè)措施綜合應(yīng)用的系統(tǒng)仿真曲線。仿真數(shù)據(jù)見表 41。由仿真結(jié)果可知，將二個(gè)措施綜合應(yīng)用的系統(tǒng)，由干擾引起的最大偏差大大減安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 39 頁 第 25 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊小，ITAE 指標(biāo)增量值也大大減小，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和抗干擾性能同時(shí)得到提高。表 41 變阻尼綜合應(yīng)用仿真數(shù)據(jù)ITAE無干擾 有干擾 增量最大偏差備注固定阻尼比系統(tǒng) 固定 =?變阻尼系統(tǒng)（無干擾措施） 變阻尼采用式(316) 取 2，max取1in?變阻尼系統(tǒng)（有干擾措施） 變阻尼采用式(316) 取 2，max取1?？垢蓴_in?取 = 小結(jié)本章首先分析了一般系統(tǒng)在脈沖干擾作用下， 與 的變化規(guī)律與輸出之間的ec關(guān)系。其次分析了超調(diào)過程中 、 與輸出之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)提出了變阻尼抗ec干擾措施，并與無干擾措施下抗干擾性能進(jìn)行了比較。最后把變阻尼抗干擾與第 3章的變阻尼控制技術(shù)綜合運(yùn)用，運(yùn)用 MATLAB 進(jìn)行仿真分析比較，有仿真曲線可知，變阻尼綜合應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾性能比變阻尼技術(shù)的抗干擾性能好，變阻尼技術(shù)又比一般系統(tǒng)抗干擾性能好。第 5 章 模糊變阻尼控制第 3 章介紹的變阻尼技術(shù)中，變阻尼規(guī)律完全依賴于被控對(duì)象的參數(shù)(數(shù)學(xué)模型)，安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 39 頁 第 26 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊當(dāng)被控對(duì)象的參數(shù)發(fā)生時(shí)變時(shí)，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，甚至產(chǎn)生較大的超調(diào)。為此，提出模糊變阻尼控制方法。 模糊控制基本原理模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Control)簡稱模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。1965 年，美國的 創(chuàng)立了模糊集合論；1973 年，他又給出了模糊推理的理論基礎(chǔ)。1974 年，倫敦大學(xué)的 教授創(chuàng)立了基于模糊語言描述控制規(guī)則的模糊控制器，并將其成功地應(yīng)用于工業(yè)過程控制。此后，模糊控制技術(shù)的研究與應(yīng)用領(lǐng)域遂步擴(kuò)大，并取得了極大的成功。模糊控制的特點(diǎn)是以人對(duì)被控系統(tǒng)的控制經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，不需被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型就能執(zhí)行有效的控制，并具有良好的魯棒性和適應(yīng)性。 [11]模糊控制方法與常規(guī)的系統(tǒng)分析中所采用的定量方法有本質(zhì)的區(qū)別。它的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在:(l) 用語言變量代替數(shù)學(xué)變量或兩者結(jié)合應(yīng)用。(2)用模糊條件語句來刻劃變量間的函數(shù)關(guān)系。(3) 用模糊算法來刻劃復(fù)雜關(guān)系。對(duì)于單輸入單輸出的模糊控制系統(tǒng)，其組成框圖如圖 51 所示。在模糊控制器的虛線框內(nèi)，小寫字母表示精確信號(hào)，大寫字母表示模糊量。模糊控制器的功能可由計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序來實(shí)現(xiàn)，亦可由專用芯片實(shí)現(xiàn)。根據(jù)對(duì)系統(tǒng)偏差( )，偏差變化率e( )，偏差二階變化率( )的考慮，模糊控制器的結(jié)構(gòu)有一維、二維、三維之分。ecec圖 51 中為廣泛應(yīng)用的二維模糊控制器。 模糊化模糊推理模糊判決被控過程d / d tRECUec uy模糊控制器圖 51 模糊控制系統(tǒng)方框圖模糊控制器由模糊化、模糊推理和模糊判決(去模糊徹三部分組成。各部分功能如下： [12]1. 精確量的模糊化模糊控制器中，模糊推理部分的輸入、輸出均為模糊量。然而系統(tǒng)的輸出信號(hào)(與設(shè)定值比較)經(jīng)采樣后得到的是精確量 及 ，因此，需對(duì)其進(jìn)行模糊化處理。ec這個(gè)處理分為兩步，首先確定論域，把實(shí)際的精確量轉(zhuǎn)換成論域中的元素，然后再進(jìn)行模糊化。2. 模糊推理所謂“模糊推理， ，就是根據(jù)模糊輸入量(E 及 EC)，借助模糊控制規(guī)則求解模糊關(guān)系方程，獲得模糊控制量 U 的過程。模糊控制規(guī)則由一組模糊條件語句構(gòu)成，安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 39 頁 第 27 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊對(duì)于二維模糊控制器，模糊控制規(guī)則一般采用:if E and EC then U 形式。3. 模糊判決(去模糊化)實(shí)際控對(duì)象只能接受精確的控制量，因而需要將模糊控制量 U 轉(zhuǎn)換成精確控制量 U。模糊判決常用的方法有:最大隸屬度法、取中位數(shù)法、隸屬度加權(quán)平均值法(又稱重心法)。在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，往往并不是將求解模糊控制量的關(guān)系矩陣存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算控制量 U，而是離線計(jì)算出相對(duì)于直積 上每一點(diǎn)的控制量，ec?列成表格形式，稱為“模糊控制查詢表” ，然后將其存入計(jì)算機(jī)，供在線查詢控制。這種方法既能減少計(jì)算機(jī)的在線運(yùn)算時(shí)間，又可減少需要的內(nèi)存單元，比較簡單、實(shí)用。 模糊變阻尼控制器設(shè)計(jì)模糊變阻尼控制二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖 52。模糊控制器根據(jù)系統(tǒng)輸出偏差 及偏差變化率 ，在線調(diào)整測速反饋通道增益eec，實(shí)現(xiàn)變阻尼控制。系統(tǒng)的阻尼比 為:tk ? （50/2tnk????1）??Gs1KT? s?tkd / d tekec歸一模糊量化F u z z y控制規(guī)則模糊判決ukECUR ye 測速發(fā)電機(jī)F u z z y c o n t o r l l e r圖 52 模糊變阻尼控制二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 模糊控制器在系統(tǒng)輸出響應(yīng)的各個(gè)階段，根據(jù)偏差及偏差變化率，采用模糊邏輯推理方法輸出 ，使系統(tǒng)的阻尼比 按期望的規(guī)律在線調(diào)整。模糊變阻尼改善系tK?統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的基本思想與第三章中的線性或非線變阻尼方法相同:在階躍輸入信號(hào)下，系統(tǒng)響應(yīng)的初始階段偏差 較大，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，可選擇較小的 ，使e tK系統(tǒng)的阻尼比 ，這時(shí)，系統(tǒng)處于發(fā)散狀態(tài)，輸出以比無阻尼( )更快的速0?? 0??度增大，使系統(tǒng)偏差 迅速減小，從而達(dá)到減少調(diào)節(jié)時(shí)間目的。隨著 的減小，不斷e安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書共 39 頁 第 28 頁┊┊┊┊┊┊┊