【正文】 同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng) PID 存在的問題，可以尋求最優(yōu)的控制方法去解決這些問題。 在本次論文設(shè)計(jì)中主要的收獲就是使用 MATLAB 里原有的模塊進(jìn)行模型的搭建，由于直流電機(jī)的發(fā)展已經(jīng)很成熟，如果只是應(yīng)用一個(gè)二階的傳遞函數(shù)代替電機(jī)的模型，那仿真結(jié)果就不夠真實(shí)，所以我選用 MATLAB 里的電機(jī)模型來進(jìn)行仿真。 然后 對 直流電動(dòng)機(jī)的模糊 PID 控制 進(jìn)行仿真。 實(shí)施方案主要為 ： 整體采用雙閉環(huán)直流調(diào)速，其中轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的設(shè)計(jì)都采用 PI 調(diào)節(jié)器，仿真結(jié)果可以看出調(diào)節(jié)時(shí)間較長，而且有較大的超調(diào)量，震蕩也很大。而在模糊控制器的控制下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定是在 秒之后，調(diào)節(jié)時(shí)間快。 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 小結(jié) 通過以上兩種方法仿真結(jié)果的對比，從圖 方案仿真結(jié)果對比圖中可以明顯的看出，模糊 PID 控制效果優(yōu)于 PI 調(diào)節(jié)器的控制效果。如表 所示 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 表 iK 模糊控制規(guī)則表 pk NB NM NS ZO PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZO ZO NM PB PB PM PS PS ZE ZE NS PM PM PM PM ZO NS NS ZO PM PM PS ZO NS NM NM PS PS PS ZO NS NS NM NM PM PS PE NS NM NM NB NB PB ZO ZO NM NM NM NB NB 表 pK 模糊控制規(guī)則表 ik NB NS NM ZO PS PM PB NB BB NM NM PM NM ZO ZO NM NB NB NM NS NS ZO ZO NS NB NM NS NS ZO PS PS ZO NM NM NS ZO PS PM PM PS NM NS ZO PS PS PM PB PM ZO ZO PS PS PM PB PB PB ZO ZO PM PM NM PB PB 仿真模型的建立 在整個(gè)直流調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速環(huán)起主導(dǎo)作用，而電流環(huán)只是調(diào)節(jié)電流，所以在設(shè)計(jì)過程中轉(zhuǎn)速環(huán)選擇采用模糊控制器，可以建立如下的仿真控制 模模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 型。 再利用 E 和 EC 得出模糊規(guī)則表。 作為模糊控制器的輸入變量。 模糊規(guī)則表的建立 模糊規(guī)則 庫的建立 方法 （ 1） 對模糊模型的控制 （ 2） 專家經(jīng)驗(yàn)法 （ 3） 觀察法 （ 4） 自組織法 模糊規(guī)則庫建立過程 模糊規(guī)則是根 據(jù)人的直覺思維 進(jìn)行 推理 判斷 ， 然后通過對 系統(tǒng)輸出的誤差及誤差 的 變化 率的調(diào)節(jié)來 消除系統(tǒng)誤差的模糊控制規(guī)則。 為系統(tǒng) 的設(shè)定值， y 為系統(tǒng)輸出， eu和 e分別是系統(tǒng) 的 誤差和誤差的變化率， 同時(shí) eu和 e 也是作為 模糊控制器的輸入， 而 u 為控制器輸出的控制信號(hào)， E 、 EU 、 EC為模糊化后 的模糊量。 模糊 錯(cuò)誤 !未找到引用源。模糊 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 現(xiàn)在的工業(yè)過程越來越復(fù)雜， 許 多被控對象 會(huì)隨著 外界干擾的增加， 它的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一定的變化，為了使控制效果達(dá)到最佳狀態(tài)，人 們把自己的經(jīng)驗(yàn) 、理論知識(shí)以及 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 4 模糊 PID 在直流調(diào)速系統(tǒng)中的仿真 模糊 PID 控制器的設(shè)計(jì) 要設(shè)計(jì)一個(gè)模糊控制器 最重要的是要 將輸入輸出的變量進(jìn)行模糊化， 在論文中 我 將 誤差和誤差變化率作為模糊邏輯控制器的輸入，輸出量為系統(tǒng)控制量 pk 、 ik 。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)靜態(tài)偏差，那我們就可以對輸入的偏差進(jìn)行積分，使調(diào)節(jié)器的輸出不斷的變化，直至達(dá)到新的穩(wěn)定值消除靜態(tài)偏差為止。但是比例增益太大時(shí)，會(huì)引起自然振蕩。 其中比例環(huán)節(jié)是一種簡單的調(diào)節(jié)作用，由于控制輸出作用力的大小與系統(tǒng)的偏差有很大的關(guān)系，并且是正比例關(guān)系。 圖 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖 ASR— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器； ACR— 電流調(diào)節(jié)器； TG— 測速發(fā)電機(jī)； TA— 電流互感器； GT— 觸發(fā)器； 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 11?sTon 11?sToi ACR1?ssTk11?isTRSTRm 01C1?sT oi?1?sT on?A SR++ 圖 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 電流環(huán)設(shè)計(jì) 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算如下： 電流反饋系數(shù)為 1 3 10 ?????n o mimIU?? 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)間常數(shù)為 22 ??? ??? ? mem CC RGDTs 電動(dòng)電磁時(shí)間常數(shù)為 0 7 10)162 0 0(31 ???????? SRLT s 三相晶閘管整流電路平均失控時(shí)間為 ??T s 電流環(huán)的小時(shí)間常數(shù)為 ?????? oisi TTT s 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及選取的參數(shù)，電流環(huán)設(shè)計(jì)為 I 型系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為 s sKsKKSW i iiipiA C R ? ????? 11)( 1 其中： 0 7 ?? Ti? S ???? ??? ? ? siii KT RK ?? ??? iii KK ? 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的參數(shù)計(jì)算如下： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為 rVrVnU n o mn o m m i i n150010 ??????? 為了加快電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)速度，轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)為 ? 型，并且選中頻段5?h ，其傳遞函數(shù)為 s sKsKKSW n nnnpnA S R ? ???? 11)( 1 其中： ssTThhT oninn 0 8 ) 0 3 (5)2( ???????? ??? )1( ????? ?????? ? n men RTh TChK ? ? 0 0 8 0 8 ??? nnn KK ? 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果 根據(jù)以上的參數(shù)計(jì)算、設(shè)計(jì)原則以及原理框圖，在 simulink 系統(tǒng)可搭建如圖 的仿真模型 。在設(shè)計(jì)中對于轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的調(diào)節(jié)都選擇采用 PI 調(diào)節(jié)器，這樣就可以更 好的改善系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能 ]4[ 。 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 在電機(jī)起動(dòng)和制動(dòng)的過程中，剛開始電流環(huán)開始運(yùn)行并保持系統(tǒng)的電流，在一定的范圍內(nèi)減小過渡過程的時(shí)間。所以在直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中只用一個(gè)調(diào)節(jié)器很難實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速和電流的控制，所以必須選用兩個(gè)調(diào)節(jié)器，把轉(zhuǎn)速環(huán)定為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)。電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)只能限制電流的沖擊，避免出現(xiàn)過電流的現(xiàn)象。 雙環(huán)的設(shè)計(jì) ]4[ 在本次設(shè)計(jì)中主要遵循轉(zhuǎn)速外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的原則。主回路部分、交流電源、晶閘管整流器 、 觸發(fā)器、移相控制環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)等環(huán)節(jié)使用 Power System 模型庫的模塊。仿真觀察系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速 、 電流響應(yīng)和設(shè)定參數(shù)變化對系統(tǒng)響應(yīng)的影響 ]11[ 。過載倍數(shù) ?? ，取電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) sToi ? ，轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) sTon ? 。 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 PI 調(diào)節(jié)器，如果系統(tǒng)中加入 PI調(diào)節(jié)器，就可以提高系統(tǒng)的抗干擾性能，還可以對于電網(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。在系統(tǒng) 調(diào)節(jié) 的 過程中，比例環(huán)節(jié) 在 反映速度控制過程中的偏差 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 。 PID 控制器 也逐步發(fā)展為 最簡單 、 最 實(shí)用 的控制器。如果 在控制 過程 中 動(dòng)態(tài)特性變化， 比如在電機(jī)運(yùn)行過程中 由負(fù)載的變化 而 引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，那么 ，PID 參數(shù)就可以重新整定。 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 1)PID 應(yīng)用 范圍廣 雖然許多工業(yè)過程是時(shí)變的或非線性 的 ，但是我們只需通過對 它 進(jìn)行簡化就可以 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)到模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 PID 的可 控制 。 參數(shù)的 進(jìn)行 設(shè)定 。 3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真 直流電機(jī) 系統(tǒng)采用控制的主要原因 由于 PID 控制 用途廣泛、使用靈活 ， PID 系列 的 產(chǎn)品 已經(jīng)快要到 成熟 的地步 。分為 3 個(gè)等級：大、中、小。 模糊推理常用的四種方法 （ 1） Mamdani 模糊推理方法 （ 2） Larsen 模糊推理的方法 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 （ 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。結(jié)論：如果A，則 C。 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。自然語言的模糊性是由于使用率大量的模糊化詞來組成自言語言。 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、語言變量、語言變量、語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)。 邏輯推理 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。 常用的精確化過程的方法主要有三種： 1） 最大隸屬度法 2） 重心法 3）