直流伺服電機模糊控制

直流伺服電機模糊控制第一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三主要內容引言直流電機模型的建立控制器設計系統(tǒng)仿真結論參考文獻第二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三引言

直流電動機在整個電力拖動應用中，占有十分重要的地位。相對于交流電動機，直流電機的調速性能更為優(yōu)越，在大范圍、高精度調速要求的應用中，成為首選。特別是現有的直流伺服電動機因多采用無刷設計，避免了電刷的維護，降低了外型尺寸，而被廣泛應用于數控機床、過程控制中。因此，研究直流電動機的調速具有重要意義。由于電機的參數和模型受到其應用環(huán)境的影響，常規(guī)的PID控制在電機參數發(fā)生變化時，將變得不可靠。文中將模糊邏輯技術應用到電機調速系統(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。第三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三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矩方程電動機軸上的轉矩平衡方程電動機的粘性摩擦力矩方程根據以上方程可得到系統(tǒng)的數學模型，系統(tǒng)方框圖如下圖所示。第四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三電動機電樞回路的電磁時間常數電動機電樞回路的機械時間常數電壓傳遞系數轉矩傳遞系數Ra 電樞繞組的電阻（Ω）La 電樞繞組的電感（H）J 轉動部分折算到電動機軸上的總轉動慣量（Nms2）Ce 電動機的電動勢常數（Vs/rad）Cm 電動機的轉矩常數（Vm/A）ω(t) 電動機角速度（rad/s）ua(t) 電樞電壓（V）ea(t) 電動機旋轉時電樞兩端的反電動勢（V）ia(t) 電樞電流（A）Mc(t) 負載轉矩（Nm）第五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三直流伺服電機Simulink模型直流電機參數為：La=0.5H，Ra=2Ω，Ce=0.2Vs/rad，Cm=0.2Vm/A，J=1.2Nms2，Cf=0.2Nms/rad根據以上參數得到電機仿真模型及單位階躍響應曲線如圖所示：圖1電機仿真模型圖2單位階躍響應曲線第六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三PID控制器及參數自整定模糊控制PID控制器的設計

典型PID只能利用一組固定參數進行控制，這些參數不能兼顧動態(tài)性能和靜態(tài)性能之間、設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初值基礎上通過增加修正參數進行整定，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)結構圖2參數自整定模糊PID控制器系統(tǒng)結構第七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三模糊控制器設計模糊子集模糊論域隸屬度函數ENB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB[-12,12]三角函數EcNB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB[-18,18]三角函數ΔKpNB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB[-12,12]三角函數ΔKiNB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB[-12,12]三角函數ΔKdNB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB[-12,12]三角函數第八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三PID參數模糊自整定的原則（1）|E|較大時，為加快系統(tǒng)響應速度，應取較大Kp；同時，為避免由于開始時e的瞬時變大可能出現的微分過飽和而使控制作用超出許可范圍，應取較小Kd；為防止出現較大超調，產生積分飽和，應對積分加以限制，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，Kp應取小一些，Ki取值要適當，Kd要大小適中，以保證系統(tǒng)響應速度；（3）當|E|較小，即接近設定值時，為使系統(tǒng)有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應增加Kp，Ki取值。同時，為避免系統(tǒng)在設定值附近出現震蕩，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。第九頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三ΔKp模糊控制規(guī)則表ΔKpECNBNMNSZEPSPMPBENBNBNBNMNMNSNSZENMNBNMNMNBNSZEZENSNMNMNSNSZEPSPSZENMNMNSZEPSPSPMPSNMNSZEPSPMPMPMPMZEZEPSPMPMPBPBPBZEPSPSPMPMPBPBΔKpECNBNMNSZEPSPMPBENBPBPBPBPBPMPSZENMPBPBPBPBPMZEZENSPMPMPMPMPSZENSZEPMPMPSZENSNSNMPSPSPSNSNMNMNMNMPMZEZENMNBNBNBNBPBZEZENMNBNBNBNB第十頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三ΔKi模糊控制規(guī)則表ΔKiECNBNMNSZEPSPMPBENBPSPSZEZEZEPBPBNMNSNSNSNSZEPSPMNSNBNBNSNSZEPSPMZENBNMNSNSZEPSPMPSNBNMNSNSZEPSPSPMNMNSNSNSZEPSPSPBPSZEZEZEZEPBPBΔKiECNBNMNSZEPSPMPBENBNBNMNMNSPSZEZENMNMNMNSNSZEZEZENSNMNMNSZEZEZENSZEPSPSZEZEZENSNSPSPSZEZEZEPSPMPMPMZEZEZEPSPSPMPMPBZEZEPSPSPMPMPB第十一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三ΔKd模糊控制規(guī)則表ΔKdECNBNMNSZEPSPMPBENBNBNBNMNMNMZEZENMNBNBNMNMNSZEZENSNMNMNSNSZEPSPSZENSNSNSZEPSPSPMPSNSNSZEPSPSPMPMPMZEZEPSPMPMPBPBPBZEZEPSPMPBPBPBΔKdECNBNMNSZEPSPMPBENBPSNBNBNSNBNBPSNMPSNBNBNSNBNBPSNSZENMNMNSNMNMZEZEZENSNSNSNSNSZEPSZEPMPSZEPSPMZEPMPSPBPSPSPBPBPSPBPSPBPMPMPBPBPS第十二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三控制系統(tǒng)仿真圖第十三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三通過衰減曲線法整定PID參數，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)結構圖第十四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三給定角速度為250rad/s，負載轉矩為100Nm

第十五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三給定值變化，轉矩不變時，系統(tǒng)階躍響應曲線

給定值、轉矩信號第十六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三給定值不變，轉矩變化時，系統(tǒng)階躍響應曲線給定值、轉矩信號第十七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期三給定值、轉矩都變化時，系統(tǒng)階躍響應曲線