双闭环模糊控制系统的设计与仿真

1、运动控制系统课程设计学 院：物联网工程学院班 级：姓 名：学 号：日 期：.成绩：文章编号：双闭环模糊控制系统的设计与仿真（江南大学 物联网工程学院，江苏省 无锡 邮编214122）摘 要：直流电机具有良好的起动、制动性能，因此其在电力拖动自动控制系统中应用广泛。众所周知，直流电机的闭环系 统静特性要比开环系统的机械特写硬的多，而转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能好、应用最广泛的直流调速系统， 但该系统依赖精确的数学模型，在增加解决环节的同时，系统模型趋于复杂，还可能会影响系统的可靠性。因此我们在总结 了以前经验的同时，提出了双闭环模糊控制系统的的设计与仿真。关键词：直流电机；双闭环系统；

2、模糊控制中图分类号：文献标识码：ADouble Closed Loop Fuzzy Control System Design and SimulationAuthor name(Jiangnan University, Wuxi 214122, China)Abstract: DC motor has good starting, braking performance, therefore in the electric drive automatic control system is widely applied in the field of. As everyone knows,

3、the closed-loop DC motor system static characteristics than the open loop system of mechanical feature of more than hardware, and speed, electric current double closed loop DC motor control system is of good performance, the most widely used DC speed regulating system, but the system depend on the a

4、ccurate mathematical model, increase solve link at the same time, the system model tends to be complex, also may influence the reliability of the system. Therefore we are summing up the previous experience at the same time, put forward a double closed loop fuzzy control system design and simulation.

5、Key words ： DC Motor; Double Closed Loop System; Fuzzy Control1引言直流电动机具有启动转矩大、调速范围宽等优 势，在轧钢机、电力机车等方面仍广泛采用。直流 调速系统在理论上和实践上都比较成热，从控制技 术的角度来看，它又是交流调速系统的基础；电力 电子技术、计算机控制技术、智能控制理论的发展, 更为直流调速系统继续发展和应用提供了契机。进 入21世纪后国外一些公司仍在不断推出高性能直 流调速系统。因此，对直流调速系统的研究仍具有重 要意义。直流调速系统中最典型的控制方式就是速度、 电流双闭环调速。由于受参数时变和不确定性等因 素的影

6、响，传统的控制方法常受到很大的局限。另外，PID控制方法往往在系统快速性与稳定性之间 不能两者兼顾。模糊控制不依赖于被控对象的精确 数学模型，既能克服非线性因素的影响，又具有较 强的鲁棒性。因此，给直流电动机双闭环调速系统 引入模糊控制器，可以改善系统性能。2.1 双闭环可逆直流调速系统的原理结构为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，2双闭环直流调速系统的设计可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流， 即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实 行串级联接。把转速调节器的输出当作电流调节器 的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内 环

7、；转速环在外面，称作外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。如图 1所示。图1直流双闭环调速系统结构双闭环直流调速系统目前应用广泛、技术成熟,常采用PID控制方式，它具有结构简单、可靠等优 点，取得了较好的控制效果。 但是，在实际生产现场 由于条件限制，使得PID控制器参数的整定往往难 以达到最优状态，另外，PID控制方法必须在系统快速性与稳定性程度之间做出折衷，往往不能两者兼 顾，而模糊控制能利用其非线性特性,突破PID方法的局限，使调速系统既有快速的动态响应，又有较高的稳定程度。除此之外，模糊控制又进一步提高了调 速系统的鲁棒性。调速系统的模糊控制模型在异步电动机闭环调 速系统的结构中

8、，转速环是决定控制系统的根本原 因，而电流环则主要是改变电机运行特性以利于外 环控制。本文在建立仿真模型时，转速环采用模糊控 制器而电流环仍采用传统的PID控制器。考虑电动机的实际运行，在电流环PID的设计中，积分作用项 加上了内限幅环节，而电流调节器的输出则加上外 限幅环节。2.2 模糊集和模糊论域及隶属函数的确立二维模糊控制器的输入变量基本上选用受控变 量值和输入给定值的偏差e和偏差变化ec,由于它们能够严格地反映受控过程中输出量的动态特性，因此，在控制效果上要比一维控制器好的多，也是目前采用较广泛的一类模糊控制器。图2是模糊控制器的结构图。双闭环直流调速系统的电流环仍采用PID控制,而速

9、度环采用模糊控制，在模糊控制器中，偏差e采 用负大(NB),负中(NM),负小(NS),零(ZO),正小(PS), 正中(PM),正大(PB)7个模糊状态来描述，相应的论 域:e=-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0,+0,+1,+2,+3,+4,+5 ,+6偏差变化 ec 采用 NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB7 个 模糊状态来描述，其论域为:ec=-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6控制量u采用NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB7个模糊状态 来描述，其论域为:-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6误差 e、误差

10、变化ec及控制量u的模糊集和论域确定后，需 对模糊变量确定隶属函数，即对模糊变量赋值，确定 论域内元素对模糊变量的隶属度。选择输入变量的 隶属度函数为三角型函数，输出变量的隶属度函数也为三角型函数。得到的 E、EC和U的隶属函数如 图3所示。图3变量隶属度函数图2.3 模糊控制规则的建立输入模糊变量通过模糊规则与输出模糊变量建 立关系，在考虑模糊控制规则时，选取控制量变化得 原则为：当误差大或较大时，选择控制量以尽快消除 误差为主；当误差较小时，选择控制量要注意防止超 调，以系统得稳定性为主要出发点。控制规则表如表 1所示。表1模糊控制规则EUNB廖tfS即PS叫PBFBPMPSZOZOFBF

11、RFMPSPSZQMS罔PM图PMPSZO器USECBPMFK用ZQNSNN如！PSPSPS20形腮MNMHPS第IS那NHHMNBPRzo用蛔W3系统仿真我们最后应用 MATLAB语言中的SIMULINK 工具，对模糊控制器在直流调速系统中的控制效果 进行彳&真，在仿真过程中，分别将外环的转速调节器 置为模糊控制器，用于仿真的数据如下：直流电动 机:220 V,136 A,1460 r / m i n , C e =0 132 Vm i n / r ,过载倍数 入=1 5, K s =40, R =0 5Q, T 1=0 03 s , T m =0 18 s , T o i =0 0

12、02 s , T o n =0 01 s ,反馈系数：a =0 007Vm in / r , 3 =0 05V/ A。 直流电机：220V,136A,1460r/min,Ce=0.132V min/r;晶闸管装置放大系数Ks=40;电枢回路总电阻 R=0.5Q ;时间常数Tl=0.03s,Tm=0.18s;电流反馈系数3 =0.05V/A;三相桥式电路的平均失控时间 Ts=0.0017s。给定的输入阶跃角速度为150rad/s,得到响应的转速曲线如图4。图4模糊-PI转速响应曲线为与传统的双闭环控制相比，建立常规的双闭环控制仿真模型，得到的仿真曲线如图5所示，从图中可以看出，系统的超调量较大，

13、调节时间较长。由图4模糊-PI可知，系统响应的超调量减小了 ，系统 的稳态时间缩短了 ，并且有效抑制了振荡，控制精度较(Wj °图5 双PI调节器转速响应曲线4 结 语(1)严格工程设计下的常规直流双闭环系统 动、静态性能较好,适用T生强,其理论体系为其它 调速技术的基础；(2)借助Matlab的模糊逻辑工具箱不但能实 现Simulink的无缝连接,而且通过Real2timeWorkshop 能生成ANSIC 源代码，从而 易于实现模糊系统的实时应用；(3)比较而言，引入模糊控制的新双闭环调 速系统响应速度提高、过渡稳定、系统超调得到改善，为直流双闭环调速系统的又一可选策略。参考文献

14、 (References)1陈伯时.电力拖动自动控制系统一运动控制系统.2章卫国，杨向忠.模糊控制理论与应用.3刘金琨.先进PID控制MATLA鲂真4章丽红，臧小惠.基于FUZZY- PID直流调速系统的 仿真与分析5蔡自兴.智能控制一基础与应用6何志琴.基于MATLAB件的直流调速系统辅助设计严歌苓说，人之间的关系不一定从陌生进展为熟识，从熟识走向陌生，同样是正常进展。人与人之间的缘分， 远没有想像中的那么牢固， 也许前一秒钟还牵手一起经历风雨，后一秒就说散就散,所以，你要懂得善待和珍惜。人与人相处，讲究个真心，你对我好，我就对你好，你给予真情，我还你真意，人心是相互的。两个人在一起，总会有

15、人主动，但主动久了，就会累，会伤心，心伤了就暖不回来了，凡事多站在对方 的角度想一想，多一份忍耐和谦就，就不会有那么多的怨气和误解，也少了一些擦肩而过。做人不要太苛刻，太苛无友，人无完人，每个人都有这样或那样的缺点，重在包容。包容是一种大度,整天笑呵呵的人并不是他没有脾气和烦恼，而是心胸开阔，两个懂得相互包容的人，才能走得越久。人与人相处，要多一份真诚，俗语说，你真我便真。常算计别人的人，总以为自己有多聪明，孰不知被欺骗过的人，就会选择不再相信，千万别拿人性来试人心，否则你会输得体无完肤。人与人相处不要太较真，生活中我们常常因为一句话而争辩的面红耳赤，你声音大，我比你嗓门还大， 古人说，有理不

16、在声高，很多时候，让人臣服的不是靠嘴，而是靠真诚，无论是朋友亲人爱人都不要太较真 了，好好说话，也是一种修养。俗语说，良言一句三冬暖，你对我好，我又岂能不知，你谦让与我，我又怎能再得寸进尺，你欣赏我，我就有可能越变越好，你尊重我，我也会用尊重来回报你，你付出爱，必会得到更多的爱。与人相处，要多一份和善，切忌恶语相向，互相伤害就有可能永远失去彼此，每个人心中都有一座天平，每个人心中都藏一份柔软，表面再强势的人，内心也是渴求温暖的。做人要学会谦虚，虚怀若谷。人人都喜欢和谦虚的人交往，司马懿说：臣一路走来，没有敌人，看见的都是朋友和师长”这就是胸怀。有格局的人，心中藏有一片海，必能前路开阔，又何愁无

17、友。人与人相处，开始让人舒服的也许是你的言语和外表，但后来让人信服的一定是你的内在。就如那句， 欣赏一个人，始于颜值，敬于才华，合于性格，久于善良，终于人品。人这一生，遇见相同的人不容易，遇见正确的人更不容易，只有选择了合适的相处方式，带上真诚与人 相处，才会走得更长，更远更久。俗语说，良言一句三冬暖，你对我好，我又岂能不知，你谦让与我，我又怎能再得寸进尺，你欣赏我,我就有可能越变越好，你尊重我，我也会用尊重来回报你，你付出爱，必会得到更多的爱。与人相处，要多一份和善，切忌恶语相向，互相伤害就有可能永远失去彼此，每个人心中都有一座天平,每个人心中都藏一份柔软，表面再强势的人，内心也是渴求温暖的。做人要学会谦虚，虚怀若谷。人人都喜欢和谦虚的人交往，司马懿说：臣一路走来，没有敌人，看见的都是朋友和师长”这就是胸怀。有格局的人，心中藏有一片海，必能前路开阔，又