【正文】 本次設(shè)計(jì)能夠順利完成，首先我要感謝我的母校 —— 太 原科技大學(xué)，是她為我們提供了學(xué)習(xí)知識(shí)的土壤，使我們在這里茁壯成長；其次我要感謝華科學(xué)院的老師們，他們不僅教會(huì)我們專業(yè)方面的知識(shí)，而且教會(huì)我們做人做事的道理；尤其要感謝在本次設(shè)計(jì)中給予我大力支持和幫助的趙志誠老師，每有問題，老師總是耐心的解答，使我能夠充滿熱情的投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)中去；還要感謝我的同學(xué)們，他們熱心的幫助，使我感到了來自兄弟姐妹的情誼；最后還要感謝相關(guān)資料的編著者和給予我們支持的社會(huì)各界人士，感謝你們?yōu)槲覀兲峁┮粋€(gè)良好的環(huán)境，使本次設(shè)計(jì)圓滿完成。位置環(huán)采用 PI 控制和參數(shù)在線調(diào)整的復(fù)合模糊控制 。簡單模糊控制由于不具有積分環(huán)節(jié)，因而在模糊控制的系統(tǒng)中又很難消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且在變量分級不夠多的情況下，常常在平衡點(diǎn)附近會(huì)有小的振蕩現(xiàn)象。 簡單模糊控制器控制系統(tǒng)的仿真 將圖 控制器部分換成模糊控制器，如下圖圖所示。 Input1,Input2， Output1中的 Mf1～Mf7改為 NB 、 NM、 NS、 ZR、 PS、 PM、 PB。 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 100 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4 圖 PID控制仿真曲線 23 由圖可以看出超調(diào)量大約在 30%左右，調(diào)節(jié)時(shí)間約在 ～ ，上升時(shí)間約為 . 簡單模糊控制器控制的直流伺服系統(tǒng) 模糊控制器的設(shè)置 在用簡單模糊控制器控制直流伺服系統(tǒng)前，要先將模糊控制進(jìn)行設(shè)置調(diào)節(jié)。根據(jù)三種控制方法得到的仿真結(jié)果，選出最好的控制器對系統(tǒng)進(jìn)行控制。 表 修正規(guī)則表 復(fù)合模糊控制器 復(fù)合模糊控制器結(jié)構(gòu)見圖 。 N 的論域?yàn)?N=（ 1/8，1/4， 1/2， 1， 2， 4， 8）。 反之 ，當(dāng)較小時(shí) ， 系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài) ， 使 Ke 和 Kc 增大 ,提高系統(tǒng)對 e 和 ec 的敏感度 。各語言變量模糊子集通過隸屬度函數(shù)來定義。誤差變化 ec的論域?yàn)?[150, 150]。這樣就構(gòu)成了一個(gè)二維模糊控制器。當(dāng)模糊控制器進(jìn)行工作時(shí)，計(jì)算機(jī)只需直接根據(jù)采樣得到的誤差和誤差變化的量化值來找出當(dāng)前時(shí)刻的控制輸出量化值，最后，計(jì)算機(jī)將此量化值乘以比例因子得到最終的輸出控制表。 同理可以得出剩下的 35條規(guī)則。即有如下控制規(guī)則 : 規(guī)則 1:如果誤差 E是 NB, 且誤差變化 Ec是 PB，則控制 u為 NM； 規(guī)則 2:如果誤差 E是 NB, 且誤蛤變化 Ec是 PS，則控制 u為 PS； 規(guī)則 3:如果誤差 E是 NB，且誤差變化 Ec是 ZR，則控制 u為 PM； 規(guī)則 4:如果誤差 E是 NB，且誤差變化 Ec是 NS，則控制 u為 PM； 當(dāng)誤差 E為負(fù)或零時(shí)，主要矛盾則轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。確定模糊控制規(guī)則的原則是必須保證控制器的輸出能夠使輸出響應(yīng)的動(dòng)靜態(tài)達(dá)到最佳。當(dāng)誤差較大時(shí) ,選取控制量以盡快消除誤差為主 。 第三種方法重心法，重心法也稱力矩法，是取隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)圍成面積的中心作為模糊推理的最終輸出值，其本質(zhì)是加權(quán)平均法。對離散論語，有 39。 0. 1 / 1 0. 3 / 2 1. 0 / 1 0. 8 / 0 0. 4 / 1 0. 1 / 2lB ? ? ? ? ? ? ? ? ?，那么，相應(yīng)的控制量是 1，因?yàn)樵擖c(diǎn)所對應(yīng)的隸屬度最大。將表示在論域范圍的清晰量經(jīng)尺度變換變成實(shí)際的控制量。12( .. . )nB A A A R? ? ? ? ? 推理結(jié)果的獲得，表示模糊控制的規(guī)則推理功能己經(jīng)完成。那么，模糊控制器的輸出是 39。例如，規(guī)則庫內(nèi)有 N 條規(guī)則，對所有的規(guī)則的蘊(yùn)涵關(guān)系做綜合處理，就得到整個(gè)規(guī)則庫的總的模糊關(guān)系 R，并且12 ... NiiR R R R R??如果系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)是 |39。除了上面的條件語句形式，模糊控制規(guī)還可采用表格的形式表示出來。規(guī)則庫包括了用模糊語言表示的一系列控制規(guī)則，它們反映了控制專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。 知識(shí)庫中包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識(shí)和要求的控制目標(biāo)。例如，誤差 e 在整個(gè)論語上分割成七個(gè)模糊集合，即 :如 PB(正大 )， PM(正中 )， PS(正小 )， ZR(零 )， NS(負(fù)小 )， NM(負(fù)中 )， NB(負(fù)大 )。 K3 選的過小，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程變長，選的過大，又會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩加劇。 K1 選的大 ，相當(dāng)于縮小了誤差的基本論域，增大了誤差對控制量的影響，所以，系統(tǒng)的超調(diào)量也較大，過渡過程較長。設(shè)輸入精確量 x 的實(shí)際變化范圍為 (a， b)，將 (a， b)區(qū)間的精確量轉(zhuǎn)化為 (6， 6)區(qū)間的變化 y，其變換式為 : 12 2abyxba ???????? ?? （ 31） 把模糊控制器的輸入量 E 和 Ec 以及輸出量 U 的實(shí)際取值范圍稱為這些變量的基本論域，顯然，這些取值都是清晰量。 為了實(shí)現(xiàn)模糊控制，必須對精確的輸入量進(jìn)行模糊化處理，這個(gè)過程就叫模糊化。 模糊控制的基本原理 模糊控制，又稱為模糊邏輯控制，其基本思想是借助計(jì)算機(jī)和模糊集合理論來模擬人對系統(tǒng)的控制過程。通常情況下以系統(tǒng)輸入的誤差 E 和誤差改變量 Ec 作為模糊控制器的輸入。輸出接口把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的信號，輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)對被控對象施加控制作用。但是，一般認(rèn)為在以高精度為目標(biāo)的控制系統(tǒng)中不宜采用模糊控制方案，因此在模糊控制系統(tǒng)中檢測裝置的精度應(yīng)視具體控制指標(biāo)的要求具體確定。它們檢測各種非電量如溫度、流量、壓力、液位、轉(zhuǎn)速、角度、濃度、成分等并變換放大為標(biāo)準(zhǔn)的電信號，包括模擬的或數(shù)字的等形式。工業(yè)上典型的被控對象是各種各樣的生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)基于模糊控制的直流伺服電機(jī)伺服系統(tǒng)研究的生產(chǎn)過程，它們可能是物理過程，化學(xué)過程或是生物化 學(xué)過程。圖 是一種典型的模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看出，模糊控制系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成 :模糊控制器、輸入輸出接口、檢測裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對象。模型中的傳遞函數(shù)參數(shù)是通過多次的調(diào)試和查閱資料得出的； Transfer fon2 元件塊為位置對象，其傳遞函數(shù)也是參考文獻(xiàn)和不斷地調(diào)試得出的； Gain 為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，其反饋系數(shù)值為 ； Subsystem 為控制器，而 Subsystem 1 為電流環(huán)，這是整個(gè)模型的關(guān)鍵部分，也是在設(shè)計(jì)時(shí)遇到的最大困難。為此，我們采用參數(shù)在線調(diào)整的模糊控制器和 PI 控制器相并聯(lián)的方式，共同對系統(tǒng)進(jìn)行控制。速度環(huán)中速度指令信號與速度反饋信號進(jìn)行比較而得速度誤差，由速度調(diào)節(jié)器按速度誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)控制， 10 使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速跟隨指令值變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)速度無靜差，動(dòng)態(tài)時(shí)限制轉(zhuǎn)速超調(diào)。微分控制只對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程起作用，而對穩(wěn)態(tài)過程沒有任何作用。但是， Kp 過大時(shí)系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性將會(huì)變差，甚至可能造成閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。經(jīng)典的伺服系統(tǒng)速度環(huán)都采用 PID 控制器，這種控制器結(jié)構(gòu)簡單，計(jì)算量小，參數(shù)容易調(diào)整己經(jīng)成為控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種控制器。逆變器通過檢測負(fù)載電流 i，并與給定電流 iref 相比較，偏差信號經(jīng)滯環(huán)控制器，當(dāng)偏差信號超過滯換控制器的環(huán)寬時(shí)，則改變逆變器開關(guān)狀態(tài)，使電流增大或減小，達(dá)到跟蹤給定電流的目的。這樣實(shí)際電流圍繞給定電流波形作鋸齒狀變化，并將偏差限制在一定范圍內(nèi)。速度環(huán)的作用是增強(qiáng)系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)能力，抑制速度波動(dòng)。電流環(huán)和速度環(huán)作為系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，位置環(huán)為系統(tǒng)外環(huán)。當(dāng)工作頻率信號輸入時(shí) ，系統(tǒng)能夠按技術(shù)要求正常工作 ， 而其它頻率信號輸入時(shí) ， 系統(tǒng)不能正常工作。 伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指當(dāng)作用在系統(tǒng)上的干擾消失以后 ， 系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來穩(wěn)定狀態(tài)的能力 ； 或者當(dāng)給系統(tǒng)一個(gè)新的輸入指令后 ， 系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓 ，氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等 。 直流伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ， 類型繁多 ， 但從自動(dòng)控制理論的角度來分析 ， 伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器 ， 被控對象 ， 執(zhí)行環(huán)節(jié) ， 檢測環(huán)節(jié) ， 比較環(huán)節(jié)等五部分 。 伺服電機(jī)伺服系統(tǒng)的 MATLAB 仿真實(shí)現(xiàn)。 本文的主要內(nèi)容： 仿真 模型建立。 80 年代隨著模糊控制技術(shù)的發(fā)展，模糊控制