基于malabsimulink的模糊pid调速系统仿真研究

基于malabsimulink的模糊pid调速系统仿真研究

在不同的异步电动机速度方案中，三阶段异步电动机是非线性、多变量、强耦合的复杂控制对象，参数的时间变化和不确定性等因素。因此，仅采用传统的控制方法难以处理这些问题。在本文中采用模糊控制与PID控制的方法对异步电动机的调速系统进行了仿真研究。模糊控制是一种典型的智能控制方法,广泛应用于自然科学和社会科学的许多领域,其最大特点是将专家的经验和知识表示为语言控制规则,并用这些控制规则去控制系统,这样它可以不依赖于被控对象的精确数学模型,能够克服非线性因素的影响,具有较强的鲁棒性。为了验证模糊控制器具有对被控对象参数变化适应能力强的特点,本文以异步电动机双闭环调速系统为例,设计了相应的模糊控制器,建立了调速系统模糊控制仿真模型。1双环流畅系统的模糊控制1.1电流环pid的设计在异步电动机闭环调速系统的结构中,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。模糊控制系统模型图因篇幅所限,略去。1.2旋转环形模糊控制器的设计自模糊控制产生以来,为了改善系统的动态及稳态性能,其控制器的控制算法经历着不断改进和完善的过程。1.2.1模糊基本论域在模糊控制器的设计中,输入输出的语言变量取值相同,采用相同的隶属度函数。考虑到适用的原则,输入变量和输出变量的模糊语言值分别为PB(正大),PM(正中),PS(正小),ZE(零),NS(负小),NM(负中),NB(负大),共7个语言值。模糊基本论域为[-1500,1500]。选取隶属函数的形状、模糊集对论域的覆盖度、模糊集之间的相互影响。正确构造隶属函数是应用模糊数学的关键所在,但这个问题至今尚未得到令人满意的解决,在此各变量的隶属函数都采用三角形隶属函数。1.2.2模糊控制规则根据隶属度函数以及异步电动机双闭环调速系统的控制经验,得到如表1所示的模糊控制规则。模糊控制器的每一条模糊规则都采用E,EC,U来描述。则第i条规则可表示为:IfEisAiandECisBithenUisCi1.2.3ai,bi,ci的隶属度计算模糊推理规则采用Mamdani规则,取最大隶属度对应的输出量为控制器的输出。μc(U)=maxi=149[μAi(E)⋅μBi(EC)⋅μCi(U)].μc(U)=maxi=149[μAi(E)⋅μBi(EC)⋅μCi(U)].式中,μAi,μBi,μCi分别为Ai,Bi,Ci的隶属度。2制系统的仿真本文基于MatlabSimulink建立了交流异步电动机控制系统模型,并对该模型进行了异步电机双闭环控制系统的仿真测试。仿真所用的异步电动机参数为额定功率PN=2.2kW,极对数p=2,指定转速值n0=1500r/min,转动惯量J=0.003kg·m2,定子电阻Rs=4.41Ω,转子电阻R′r=5.36Ω,定子电感Ls=0.016H,转子电感L′r=0.013H,定、转子互感Lm=0.149H。2.1不同转速时阶跃特性给电机施加三相线电压为380V、频率为50Hz的额定电压,电机空载起动。空载起动是以输出量的初始值为零,给定信号阶跃变化下的过渡过程。转速输入设定为一阶跃函数,初值为0r/min,0.03s后跃变为1500r/min。所加扰动在0.4s,负载转矩从0突变为11.9N·m。仿真获得的转速、电磁转矩、有功功率曲线如图1所示。2.2过渡过程中负载转速变带负载起动是指电动机带负载时,转速给定值阶跃变化后的过渡过程。输入设定转速不变。所加扰动在0.4s,负载转矩从3N·m突变为11.9N·m。仿真获得的转速、电磁转矩、有功功率曲线如图2所示。2.3过渡时期的动态带负载起动是指电动机带负载时,转速给定值阶跃变化后的过渡过程输入设定转速不变。负载转矩保持为5N·m恒定不变。仿真获得的转速、电磁转矩、有功功率变化曲线如图4所示。3双闭环增压控制系统的节能方法通过上述对异步电动机模糊PID控制系统的仿真曲线进行分析表明,当负载突然增加时,转速突然减小,但经过调节很快达到稳定状态,电磁转矩相应地增加,使转速得到稳定,且电磁转矩最终与所施加的负载转矩值相等。由于本文所加的负载都属