直流伺服電機模糊控制

直流伺服電機模糊控制第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六主要內(nèi)容引言直流電機模型的建立控制器設(shè)計系統(tǒng)仿真結(jié)論參考文獻第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六引言

直流電動機在整個電力拖動應(yīng)用中，占有十分重要的地位。相對于交流電動機，直流電機的調(diào)速性能更為優(yōu)越，在大范圍、高精度調(diào)速要求的應(yīng)用中，成為首選。特別是現(xiàn)有的直流伺服電動機因多采用無刷設(shè)計，避免了電刷的維護，降低了外型尺寸，而被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、過程控制中。因此，研究直流電動機的調(diào)速具有重要意義。由于電機的參數(shù)和模型受到其應(yīng)用環(huán)境的影響，常規(guī)的PID控制在電機參數(shù)發(fā)生變化時，將變得不可靠。文中將模糊邏輯技術(shù)應(yīng)用到電機調(diào)速系統(tǒng)中，可有效地避免電動機模型及外加載荷的變化對系統(tǒng)的影響。第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六直流伺服電機模型電動機電樞回路的電壓平衡方程電動機的反電動勢方程電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方程電動機軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程電動機的粘性摩擦力矩方程根據(jù)以上方程可得到系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)方框圖如下圖所示。第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六電動機電樞回路的電磁時間常數(shù)電動機電樞回路的機械時間常數(shù)電壓傳遞系數(shù)轉(zhuǎn)矩傳遞系數(shù)Ra 電樞繞組的電阻（Ω）La 電樞繞組的電感（H）J 轉(zhuǎn)動部分折算到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量（Nms2）Ce 電動機的電動勢常數(shù)（Vs/rad）Cm 電動機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)（Vm/A）ω(t) 電動機角速度（rad/s）ua(t) 電樞電壓（V）ea(t) 電動機旋轉(zhuǎn)時電樞兩端的反電動勢（V）ia(t) 電樞電流（A）Mc(t) 負載轉(zhuǎn)矩（Nm）第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六直流伺服電機Simulink模型直流電機參數(shù)為：La=0.5H，Ra=2Ω，Ce=0.2Vs/rad，Cm=0.2Vm/A，J=1.2Nms2，Cf=0.2Nms/rad根據(jù)以上參數(shù)得到電機仿真模型及單位階躍響應(yīng)曲線如圖所示：圖1電機仿真模型圖2單位階躍響應(yīng)曲線第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六PID控制器及參數(shù)自整定模糊控制PID控制器的設(shè)計

典型PID只能利用一組固定參數(shù)進行控制，這些參數(shù)不能兼顧動態(tài)性能和靜態(tài)性能之間、設(shè)定值和抑制擾動之間的矛盾。為此，控制系統(tǒng)引入模糊推理，在PID初值基礎(chǔ)上通過增加修正參數(shù)進行整定，改善系統(tǒng)動態(tài)性能。PID控制器直流伺服電機＋－PID控制器直流伺服電機＋－du/dt模糊控制器dKpdKidKd圖1常規(guī)PID控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2參數(shù)自整定模糊PID控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六模糊控制器設(shè)計模糊子集模糊論域隸屬度函數(shù)ENB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB[-12,12]三角函數(shù)EcNB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB[-18,18]三角函數(shù)ΔKpNB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB[-12,12]三角函數(shù)ΔKiNB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB[-12,12]三角函數(shù)ΔKdNB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB[-12,12]三角函數(shù)第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六PID參數(shù)模糊自整定的原則（1）|E|較大時，為加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，應(yīng)取較大Kp；同時，為避免由于開始時e的瞬時變大可能出現(xiàn)的微分過飽和而使控制作用超出許可范圍，應(yīng)取較小Kd；為防止出現(xiàn)較大超調(diào)，產(chǎn)生積分飽和，應(yīng)對積分加以限制，取Ki為零；（2）|E|和|EC|處于中等大小時，為使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，Kp應(yīng)取小一些，Ki取值要適當，Kd要大小適中，以保證系統(tǒng)響應(yīng)速度；（3）當|E|較小，即接近設(shè)定值時，為使系統(tǒng)有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)增加Kp，Ki取值。同時，為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)震蕩，并考慮系統(tǒng)抗干擾性能，當|E|較大時，Kd可取小一些；|EC|較小時，Kd取大一些。第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六ΔKp模糊控制規(guī)則表ΔKpECNBNMNSZEPSPMPBENBNBNBNMNMNSNSZENMNBNMNMNBNSZEZENSNMNMNSNSZEPSPSZENMNMNSZEPSPSPMPSNMNSZEPSPMPMPMPMZEZEPSPMPMPBPBPBZEPSPSPMPMPBPBΔKpECNBNMNSZEPSPMPBENBPBPBPBPBPMPSZENMPBPBPBPBPMZEZENSPMPMPMPMPSZENSZEPMPMPSZENSNSNMPSPSPSNSNMNMNMNMPMZEZENMNBNBNBNBPBZEZENMNBNBNBNB第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六ΔKi模糊控制規(guī)則表ΔKiECNBNMNSZEPSPMPBENBPSPSZEZEZEPBPBNMNSNSNSNSZEPSPMNSNBNBNSNSZEPSPMZENBNMNSNSZEPSPMPSNBNMNSNSZEPSPSPMNMNSNSNSZEPSPSPBPSZEZEZEZEPBPBΔKiECNBNMNSZEPSPMPBENBNBNMNMNSPSZEZENMNMNMNSNSZEZEZENSNMNMNSZEZEZENSZEPSPSZEZEZENSNSPSPSZEZEZEPSPMPMPMZEZEZEPSPSPMPMPBZEZEPSPSPMPMPB第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六ΔKd模糊控制規(guī)則表ΔKdECNBNMNSZEPSPMPBENBNBNBNMNMNMZEZENMNBNBNMNMNSZEZENSNMNMNSNSZEPSPSZENSNSNSZEPSPSPMPSNSNSZEPSPSPMPMPMZEZEPSPMPMPBPBPBZEZEPSPMPBPBPBΔKdECNBNMNSZEPSPMPBENBPSNBNBNSNBNBPSNMPSNBNBNSNBNBPSNSZENMNMNSNMNMZEZEZENSNSNSNSNSZEPSZEPMPSZEPSPMZEPMPSPBPSPSPBPBPSPBPSPBPMPMPBPBPS第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六控制系統(tǒng)仿真圖第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六通過衰減曲線法整定PID參數(shù)，得到Kp=100Ki=45Kd=0.785量化因子和比例因子的取值：KeKecdKpdKidKd0.20.01853808圖1PID子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六給定角速度為250rad/s，負載轉(zhuǎn)矩為100Nm

第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六給定值變化，轉(zhuǎn)矩不變時，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線

給定值、轉(zhuǎn)矩信號第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六給定值不變，轉(zhuǎn)矩變化時，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線給定值、轉(zhuǎn)矩信號第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六給定值、轉(zhuǎn)矩都變化時，系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線

給定