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直流电机模糊控制
XXXXX
智能控制理论概论结课作业
题目:
直流电机模糊控制系统设计
姓名:
XX
学号:
XXX
专业:
测控技术与仪器
班级:
XX-X班指导教师:
XXXX
第一章前言1...
第二章直流电机模糊控制系统设计2..
2.1直流电机简介2...
2.2直流电机的PID控制2..
2.3模糊控制概述2...
2.4直流电机模糊控制系统的MATLAB仿真及其分析3
第三章结论9...
参考文献1.0..
第一章前言
随着时代的发展,交流和直流调速不断冲击着,但是我国在这个直流调速领
域中的研究不断深入,专家们研制出了全数字直流调速系统⑴。
这个调速系统有
着较高的精度,而且很实用,使得直流调速系统成为工业过程中不可缺的一部分。
本文将MATLAB^的模糊控制工具箱和SIMULINK有机结合起来,实现了直流电机模糊控制系统的建模与仿真。
[3]
模糊控制对被控对象的模型没有明确的要求,而且它的适应性强,通过和
PID调节器的结合,组成模糊PID的控制方案能有效地克服常规数字直流电动机调速装置的缺点,进而设计出能在各种情况下,均可以使得直流电动机能达到稳定转速精度的要求。
第二章直流电机模糊控制系统设计
2.1直流电机简介
直流电动机在日常生活中的应用领域非常广,它有良好的启动和制动性能。
特别是在电力拖动的自动控制系统中,它的地位更是不可取代。
直流调速系统有稳速、调速和加减速这个三种控制要求。
在目前的控制过程中,对于调速和加减速已经得到了良好的实现,但是在生产过程中稳速的效果仍达不到预想中的的效果。
稳速需要的是电机在一定的精度以所规定的的转速稳定的运行,在某些干扰
下,转速波动也不会有比较大的变化。
直流电动机双闭环调速系统在工业生产中的应用最为广泛,它采用的是内环为电流环,外环为转速环的结构,这样确保了最大允许的恒电流,使调速系统在最大的加速度的情况下达到稳定。
当达到稳定后,使电流转矩同负载转矩平衡。
最后,通过外转速环的反馈使得电动机的转速保持恒定。
[4]
2.2直流电机的PID控制概述⑺
在某些情况下,受控对象和负载参数的变化很快,使得PID调节器没办法及时适应,因此稳速的要求很难达到标准。
直流电动机本身是一个非线性的被控制对象,有许多的间隙性和弹性的扰动存在,如果有很多的变化量,PID调节器将
无法顾及。
以致最终的设计结果不能达到设计时所需的要求,将会得到鲁棒性较差的控制系统。
在这样的系统中常规的PID常常不能有效地克服负载、非线性
因素和模型参数的变化因而无法达到高精度和快响应的要求。
所以在生产过程中
这种控制器很难满足生产要求。
而模糊控制对被控对象的模型没有明确的要求,而且它的适应性强,通过和PID调节器想结合,可使直流电动机能达到稳定转速精度的要求。
2.3模糊控制概述
模糊这个定义是美国著名控制论学者L.A.Zedeh在1965年发表在开创性论
文中的,这是L.A.Zedeh第一次提出与传统数学和控制理论的模糊集合理论完全
通过与传统控制的比较,模糊控制的优点有以下几个方面⑹
(1)在设计过程中对数学模型没有明确的要求。
(2)模糊控制的适应性强。
(3)模糊控制的鲁棒性强。
模糊控制采用连续多值的逻辑方式来适应参数的变化,从而实现稳定的控制要求。
(4)参数整定方便。
在生产过程中,对控制系统进行定性的分析,就能很好的建立模糊规则和参数。
(5)
[5]
模糊控制的结构简单。
系统的软件和硬件都可简单实现2.4直流电机模糊控制系统的MATLAB仿真及其分析
在MATLAB的命令窗口键入fuzzy后并按回车,以此来激活模糊推理的工具箱。
这时在系统的界面系就跳出一个模糊逻辑编辑器。
在FILE菜单下有两
种模糊控制器的模型,分别为Mamdani型还是Sugeon型。
在本次的设计中选用Mamdani型。
在EDIT下添加输入和输出,最后的结果为两个输入和一个输出,输入命名分别为误差e和误差变化率ec以及输出u。
如图2.1所示。
图2.1输入输出量设置
对于误差e,论域是离散的,其论域取{-10,+10},设置7个隶属度函数,
分别为NB(负大)、NM(负中)、NS(负小)、0(零)、PS(正小)、PM(正中)、PB(正
大),即隶属函数有7条,隶属形状为三角形(trimf)。
如图2.2所示。
图2.2e的隶属度函数编辑图
对于变化率ec,论域是离散的,其论域取{0,1},设置5个隶属度函数,
分别为NB、NS、0、PSPB,即隶属函数有5条,隶属形状为三角形(trimf)
如图2.3所示
图2.3ec的隶属度函数编辑图
对于输出u,论域是离散的,其论域均取{0,10},设置7个隶属度函数,
分别为NB、NM、NS、0、PS、PM、PB,即隶属函数有7条,隶属形状为三角
形(trimf)。
如图2.4所示。
图2.4u的隶属度函数编辑图
点击Edit菜单中的Rules选项打开模糊控制编辑器(Ruleedit),将需要建立的模糊控制规则表添加到规则库中。
规则编辑结果如图2.5所示。
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FiZeEdit.ViewDptions
1.IfteisNB)cnE(ec怎NB)thenfuisPB)f!
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(1)9-tf(eisNM)andfeeisPS)then(uisPS)f1)110.]f(eIsNlrfjand(ectsPB)thenQjIsO>
11If(ei3NSJand(ec.isNB)then(uisPBJCD
图2.5模糊规则输入界面
点击View菜单中的Rules选项可以打开模糊规则观察器如图2.6所示,观察模糊推理系统的输入,输出情况,为点击View菜单中的Surfview选项可以打开模糊推理输入输出特性曲面,以图形形式显示模糊系统的输入,输出情况。
最后使用File菜单中的Export选项将做好的模糊推理系统保存到磁盘(disk)和工作区(toworkspace),取名为mhkz.fis。
图2.6模糊规则观察器图
建立上述模糊控制器之后,按照下图5.9建立模糊控制系统的仿真,本次设计系统采用的是二维的模糊控制器结构,在这个模糊控制器的设计过程中,还要合理的选择模糊控制器输入变量Ke、Kc,输出控制量的系数Ku。
Ke、Kc、Ku的计算方法如下:
Ke=—(2.1)
Xe
n为误差变量模糊子集的最大值,xe为误差论域的幅值,通过计算得Ke=20。
m
Kc=(2.2)
Xc
m为误差变化率变量模糊子集的最大值,xc为误差变化率论域的幅值,由于模糊论域的取值为非对称的,xc在取值时为模糊控制的变化范围。
通过计算得u
Kc=0.001oKu=(2.3)
b
u为控制量论域的幅值,b为控制量模糊子集的最大值,由于模糊论域的取值为非对称的,b在取值时为模糊控制的变化范围。
通过计算得Ku=2。
模糊控
制系统仿真如图2.7所示。
图2.7模糊控制系统仿真图
其中stepl负载的参数设置,如图2.8所示。
图2.8step的参数设置图
建成仿真模型之后双击FuzzyLogicController选择LookUnderMask,输入
mhkz建立联系。
当成功建立联系后,中间会显示FIS,如图2.9所示。
图2.9FIS与Simulink的连接
运行仿真程序,得到的仿真曲线如图2.10所示。
值,但超调量超出了很多。
而模糊控制系统的性能优越、调节精度高,稳态性能好,超调明显小,具有较强的鲁棒性。
[5]
第三章总结
随着科学技术的发展,智能控制技术日趋完善,在更多的领域广泛应用。
基于MATLAB的模糊控制系统,为在实际应用提供了一个参考,但是在实际应用中还应考虑实际的影响因素,例如环境对控制系统的影响、人为因素对控制系统的影响等。
面对实际问题时应根据实际情况而分析。
通过这次对模糊控制实现直流电机系统的控制,进一步强化了我的专业知识,同时也对MATLAB软件有了进一步的熟悉,锻炼了我的自学能力。
基于MATLAB这个强大的平台,通过这个平台进行建模和仿真,得到了较为理想的效果。
模糊控制能有效地的控制超调,在控制超调方面有优越性。
参考文献
[1]钟麟,王峰.Matlab仿真技术与应用教程[M].北京:
国防工业出版社,2004.
[2]王立红,杨汇军.基于Matlab的直流调速系统设计与仿真[J].辽宁工学院学报,2004,24
(1):
8〜9.
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[4]陈伯时,阮毅,陈维钧等,电力拖动自动控制系统[M]•机械工业出版社,2003.7.⑸周小波,王群京,陈伟周嗣理.基于MATLAB/SIMULINK的直流电机模糊控制的仿真[J].电机技术,2010年第1期.
⑹章卫国,杨向忠.模糊控制理论与应用[M].西北工业大学出版社.
[7]石辛民,郝整清.模糊控制及其MATLAB仿真[M].清华大学出版社,北京交通大学出版社,2008.
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