基于malabsimulink的模糊pid調(diào)速系統(tǒng)仿真研究

基于malabsimulink的模糊pid調(diào)速系統(tǒng)仿真研究

在不同的異步電動(dòng)機(jī)速度方案中，三階段異步電動(dòng)機(jī)是非線性、多變量、強(qiáng)耦合的復(fù)雜控制對(duì)象，參數(shù)的時(shí)間變化和不確定性等因素。因此，僅采用傳統(tǒng)的控制方法難以處理這些問(wèn)題。在本文中采用模糊控制與PID控制的方法對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。模糊控制是一種典型的智能控制方法,廣泛應(yīng)用于自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的許多領(lǐng)域,其最大特點(diǎn)是將專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)表示為語(yǔ)言控制規(guī)則,并用這些控制規(guī)則去控制系統(tǒng),這樣它可以不依賴于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型,能夠克服非線性因素的影響,具有較強(qiáng)的魯棒性。為了驗(yàn)證模糊控制器具有對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn),本文以異步電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為例,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的模糊控制器,建立了調(diào)速系統(tǒng)模糊控制仿真模型。1雙環(huán)流暢系統(tǒng)的模糊控制1.1電流環(huán)pid的設(shè)計(jì)在異步電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中,轉(zhuǎn)速環(huán)是決定控制系統(tǒng)的根本原因,而電流環(huán)則主要是改變電機(jī)運(yùn)行特性以利于外環(huán)控制。本文在建立仿真模型時(shí),轉(zhuǎn)速環(huán)采用模糊控制器而電流環(huán)仍采用傳統(tǒng)的PID控制器?？紤]電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行,在電流環(huán)PID的設(shè)計(jì)中,積分作用項(xiàng)加上了內(nèi)限幅環(huán)節(jié),而電流調(diào)節(jié)器的輸出則加上外限幅環(huán)節(jié)。模糊控制系統(tǒng)模型圖因篇幅所限,略去。1.2旋轉(zhuǎn)環(huán)形模糊控制器的設(shè)計(jì)自模糊控制產(chǎn)生以來(lái),為了改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能,其控制器的控制算法經(jīng)歷著不斷改進(jìn)和完善的過(guò)程。1.2.1模糊基本論域在模糊控制器的設(shè)計(jì)中,輸入輸出的語(yǔ)言變量取值相同,采用相同的隸屬度函數(shù)?？紤]到適用的原則,輸入變量和輸出變量的模糊語(yǔ)言值分別為PB(正大),PM(正中),PS(正小),ZE(零),NS(負(fù)小),NM(負(fù)中),NB(負(fù)大),共7個(gè)語(yǔ)言值。模糊基本論域?yàn)閇-1500,1500]。選取隸屬函數(shù)的形狀、模糊集對(duì)論域的覆蓋度、模糊集之間的相互影響。正確構(gòu)造隸屬函數(shù)是應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的關(guān)鍵所在,但這個(gè)問(wèn)題至今尚未得到令人滿意的解決,在此各變量的隸屬函數(shù)都采用三角形隸屬函數(shù)。1.2.2模糊控制規(guī)則根據(jù)隸屬度函數(shù)以及異步電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制經(jīng)驗(yàn),得到如表1所示的模糊控制規(guī)則。模糊控制器的每一條模糊規(guī)則都采用E,EC,U來(lái)描述。則第i條規(guī)則可表示為:IfEisAiandECisBithenUisCi1.2.3ai,bi,ci的隸屬度計(jì)算模糊推理規(guī)則采用Mamdani規(guī)則,取最大隸屬度對(duì)應(yīng)的輸出量為控制器的輸出。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分別為Ai,Bi,Ci的隸屬度。2制系統(tǒng)的仿真本文基于MatlabSimulink建立了交流異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)模型,并對(duì)該模型進(jìn)行了異步電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真測(cè)試。仿真所用的異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)為額定功率PN=2.2kW,極對(duì)數(shù)p=2,指定轉(zhuǎn)速值n0=1500r/min,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.003kg·m2,定子電阻Rs=4.41Ω,轉(zhuǎn)子電阻R′r=5.36Ω,定子電感Ls=0.016H,轉(zhuǎn)子電感L′r=0.013H,定、轉(zhuǎn)子互感Lm=0.149H。2.1不同轉(zhuǎn)速時(shí)階躍特性給電機(jī)施加三相線電壓為380V、頻率為50Hz的額定電壓,電機(jī)空載起動(dòng)?？蛰d起動(dòng)是以輸出量的初始值為零,給定信號(hào)階躍變化下的過(guò)渡過(guò)程。轉(zhuǎn)速輸入設(shè)定為一階躍函數(shù),初值為0r/min,0.03s后躍變?yōu)?500r/min。所加擾動(dòng)在0.4s,負(fù)載轉(zhuǎn)矩從0突變?yōu)?1.9N·m。仿真獲得的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、有功功率曲線如圖1所示。2.2過(guò)渡過(guò)程中負(fù)載轉(zhuǎn)速變帶負(fù)載起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載時(shí),轉(zhuǎn)速給定值階躍變化后的過(guò)渡過(guò)程。輸入設(shè)定轉(zhuǎn)速不變。所加擾動(dòng)在0.4s,負(fù)載轉(zhuǎn)矩從3N·m突變?yōu)?1.9N·m。仿真獲得的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、有功功率曲線如圖2所示。2.3過(guò)渡時(shí)期的動(dòng)態(tài)帶負(fù)載起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載時(shí),轉(zhuǎn)速給定值階躍變化后的過(guò)渡過(guò)程輸入設(shè)定轉(zhuǎn)速不變。負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持為5N·m恒定不變。仿真獲得的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、有功功率變化曲線如圖4所示。3雙閉環(huán)增壓控制系統(tǒng)的節(jié)能方法通過(guò)上述對(duì)異步電動(dòng)機(jī)模糊PID控制系統(tǒng)的仿真曲線進(jìn)行分析表明,當(dāng)負(fù)載突然增加時(shí),轉(zhuǎn)速突然減小,但經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)地增加,使轉(zhuǎn)速得到穩(wěn)定,且電磁轉(zhuǎn)矩最終與所施加的負(fù)載轉(zhuǎn)矩值相等。由于本文所加的負(fù)載都屬