【正文】 是最強(qiáng)的。 1965 年首先提出來(lái)模糊集合的概念， 1973 年又提出了一種把邏輯規(guī)則的語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成相關(guān)控制量的思想處 ，為 理客觀世界中存在的一類模糊性問(wèn)題 提供了有力的工具。它用語(yǔ)言變量代替數(shù)學(xué)變量或他們兩者結(jié)合應(yīng)用；模糊控制的函數(shù)關(guān)系是用模糊條件語(yǔ)句的形式表達(dá)出來(lái)的，模糊控制是和人類學(xué)習(xí)有相似的地方和具有自適應(yīng)能力的控制系統(tǒng)]6[ 。所以操作人員通過(guò)不斷的嘗試積累下的經(jīng)驗(yàn)可以直接應(yīng)用到控制系統(tǒng)中。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)主要是轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的設(shè)計(jì) 。 然后 根據(jù) 制定的 模糊規(guī)則設(shè)計(jì)出合適的模糊控制器， 將 原先搭建 的 模型中 的轉(zhuǎn)速環(huán)里的 PI 環(huán)節(jié)用模糊控制器代替 ， 然后 進(jìn)行調(diào)試。 2 模糊控制的基本理論 模糊控制理論 ]6[ 模糊控制理論是 是建立在模糊集合論、模糊語(yǔ)言 以 及模糊邏輯基礎(chǔ)之上的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 先進(jìn)控制理論方法 。 在這種控制 方法 中 首先將 技術(shù) 人員 的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 或?qū)＜?的理論知識(shí)轉(zhuǎn)換為模糊規(guī)則，然后 把 實(shí)時(shí)信號(hào) 進(jìn)行 模糊化， 將模糊化的結(jié)果作為 模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理， 最后再 將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上。模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)那些測(cè)量數(shù)據(jù)不 精 確、需要處理的數(shù)據(jù)量過(guò)大以至于無(wú)法判斷他們的兼容性、一些復(fù)雜 、 可變 的 被控對(duì)象的場(chǎng)合時(shí)有利的，利用模糊逼近去表示他們 是非常合適的。模糊控制器有如下特點(diǎn) : 1) 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。它直接采用了語(yǔ)言型控制規(guī)則，并且應(yīng)用了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的理論知識(shí)，使得控制機(jī)理和策略易于被多數(shù)人接受與理解，最重要的是它的模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于利用。 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 3) 容易被人們所接受。所制定的規(guī)則 會(huì)特別容易的就被人類接受和理解。” 4）它反映出人類的思維。 模糊控制器的基本結(jié) 構(gòu) 在理論上講，模糊控制器由 N 維關(guān)系 R 表示。 r 是幾個(gè) N 維關(guān)系的組合，每個(gè) ir 代表一條規(guī)則ir ： THENIF ??? 。模糊輸出 Y 可以應(yīng)用合成推理規(guī)則進(jìn)行計(jì)算。圖 便是具有輸入輸出的理論模糊控制器的原理框圖 。 R模 糊 判XY yx 圖 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(wèn)題 ]6[ 1) 第一個(gè)問(wèn)題是 怎么樣 把確定量轉(zhuǎn)化為 與之相對(duì)應(yīng) 的模糊量。 3) 第三個(gè)問(wèn)題是 怎么樣 把模糊量轉(zhuǎn)換為 與之相 對(duì)應(yīng)的確定量。 模糊控制器的三大模塊庫(kù) ? 模?；? 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 ? 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 ? 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 ]12[ 1)根據(jù)確定數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 求 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 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) 1e 的模糊化結(jié)果。 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 圖 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。為了使得任意物理量輸入 x 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。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)。 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。 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。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 。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。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 。例如，前提：如果 A，則 B:如果 B,則 C?？墒牵谏钪?，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。 語(yǔ)言變量值的選取 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。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 NB、 NM 、 NS 、 ZE 、 PB 、PM 、 PS 來(lái)表示語(yǔ)言變量。 而且 PID 控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以 PID 控制器 只需對(duì) 比例 、 積分 和 微分 3個(gè) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。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 PID 控制來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。 2) PID 參數(shù)較易整定 PID 的 參數(shù) pK ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 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。 3)PID 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)， PID 控制器也在不斷地升級(jí)和完善 。 系統(tǒng)采用控制主要解決的問(wèn)題 ]4[ 1) 啟動(dòng)的快速性問(wèn)題 由于 PI 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。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) T 的大小 ， T 越大積分作用越弱 ，反之積分作用就越弱。 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 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 %5?i? ，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速 的 超調(diào)量 為 %10?n? 。取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的飽和值為 V12 ，輸出限幅值為 V10 ，額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速給定VUn 10?? 。 搭建模型 在本次設(shè)計(jì)中 主要使用 MATLAB 中 Power System 模塊來(lái)搭建直流電機(jī)模型?？刂苹芈返闹黧w是轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器，以及反饋濾波環(huán)節(jié)，將這幾部分拼接起來(lái)，即組成了晶閘管電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 ]11[ 。先設(shè)計(jì)電流環(huán)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。而在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制中，系統(tǒng)的被調(diào)節(jié)量是轉(zhuǎn)速，所檢測(cè)的誤差也是轉(zhuǎn)速。在設(shè)計(jì)時(shí)需要將電流調(diào)節(jié)器串接在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的后面，這樣就可以形成以轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)、電流環(huán)作為內(nèi) 環(huán)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速到達(dá)給定轉(zhuǎn)速時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制的方式，此時(shí)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制開始起主導(dǎo)作用，而電流內(nèi)環(huán)起跟隨作用，使實(shí)際電流迅速跟隨給定值，以保持轉(zhuǎn)速的恒定。電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理如圖 ， 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖 。 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 10 unuducubuatetContinuouspowerguinifiav+ cav+ bcv+ab1v+ abg A B C+Universal Bridge0.0070.01s+1Transfer F30.050.002s+1Transfer F21s+1Transfer F110.01s+1Transfer FaTo Workspacealpha_degAB BC CA BlockpulsesSynchronized6Pulse GeneratorSaturation2Saturation1SaturationRampnode 10node 10LDKGain490(9*u)FDemuxmA+ F+A FdcwDC Machine0Constant1ClockIn1Out1ASRIn1Out1Out2ACR220v 圖 仿真模型 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 轉(zhuǎn)速環(huán)的子系統(tǒng)如下圖 1O u t 11sI n t e g r a t o rL i m i t e d K G a i n 1 K G a i n1I n 1 圖 轉(zhuǎn)速環(huán)子系統(tǒng) 電流環(huán)的子系統(tǒng)如下圖 ： 2O u t 21O u t 11sI n t e g r a t o rL i m i t e d 1 K G a i n 3 K G a i n 21I n 1 圖 電流環(huán)的子系統(tǒng) 仿真結(jié)果如圖 模糊 PID 控制在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 圖