直流電機(jī)模糊控制

XXXXX智能控制理論概論結(jié)課作業(yè)題目：直流電機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：XX學(xué)號(hào)：XXX專業(yè)：測控技術(shù)與儀器班級(jí)：XX-X班指導(dǎo)教師：XXXX

目錄第一章前言 1..TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第二章直流電機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2..2.1直流電機(jī)簡介2...2.2直流電機(jī)的PID控制 2..2.3模糊控制概述2...2.4直流電機(jī)模糊控制系統(tǒng)的MATLAB仿真及其分析 3第三章結(jié)論 9..參考文獻(xiàn) 1.0..參考文獻(xiàn) 1.0..第一章前言隨著時(shí)代的發(fā)展，交流和直流調(diào)速不斷沖擊著，但是我國在這個(gè)直流調(diào)速領(lǐng)域中的研究不斷深入，專家們研制出了全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)（1）。這個(gè)調(diào)速系統(tǒng)有著較高的精度，而且很實(shí)用，使得直流調(diào)速系統(tǒng)成為工業(yè)過程中不可缺的一部分。本文將MATLAB^的模糊控制工具箱和SIMULINK有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)模糊控制系統(tǒng)的建模與仿真。[3]模糊控制對(duì)被控對(duì)象的模型沒有明確的要求，而且它的適應(yīng)性強(qiáng)，通過和PID調(diào)節(jié)器的結(jié)合，組成模糊PID的控制方案能有效地克服常規(guī)數(shù)字直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置的缺點(diǎn)，進(jìn)而設(shè)計(jì)出能在各種情況下，均可以使得直流電動(dòng)機(jī)能達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速精度的要求。第二章直流電機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1直流電機(jī)簡介直流電動(dòng)機(jī)在日常生活中的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，它有良好的啟動(dòng)和制動(dòng)性能。特別是在電力拖動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，它的地位更是不可取代。直流調(diào)速系統(tǒng)有穩(wěn)速、調(diào)速和加減速這個(gè)三種控制要求。在目前的控制過程中，對(duì)于調(diào)速和加減速已經(jīng)得到了良好的實(shí)現(xiàn)，但是在生產(chǎn)過程中穩(wěn)速的效果仍達(dá)不到預(yù)想中的的效果。穩(wěn)速需要的是電機(jī)在一定的精度以所規(guī)定的的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的運(yùn)行，在某些干擾下，轉(zhuǎn)速波動(dòng)也不會(huì)有比較大的變化。直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用最為廣泛，它采用的是內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為轉(zhuǎn)速環(huán)的結(jié)構(gòu)，這樣確保了最大允許的恒電流，使調(diào)速系統(tǒng)在最大的加速度的情況下達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定后，使電流轉(zhuǎn)矩同負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡。最后，通過外轉(zhuǎn)速環(huán)的反饋使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持恒定。[4]2.2直流電機(jī)的PID控制概述(7)在某些情況下，受控對(duì)象和負(fù)載參數(shù)的變化很快，使得PID調(diào)節(jié)器沒辦法及時(shí)適應(yīng)，因此穩(wěn)速的要求很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。直流電動(dòng)機(jī)本身是一個(gè)非線性的被控制對(duì)象，有許多的間隙性和彈性的擾動(dòng)存在，如果有很多的變化量， PID調(diào)節(jié)器將無法顧及。以致最終的設(shè)計(jì)結(jié)果不能達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)所需的要求，將會(huì)得到魯棒性較差的控制系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中常規(guī)的 PID常常不能有效地克服負(fù)載、非線性因素和模型參數(shù)的變化因而無法達(dá)到高精度和快響應(yīng)的要求。所以在生產(chǎn)過程中這種控制器很難滿足生產(chǎn)要求。而模糊控制對(duì)被控對(duì)象的模型沒有明確的要求，而且它的適應(yīng)性強(qiáng)，通過和PID調(diào)節(jié)器想結(jié)合，可使直流電動(dòng)機(jī)能達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速精度的要求。2.3模糊控制概述模糊這個(gè)定義是美國著名控制論學(xué)者L.A.Zedeh在1965年發(fā)表在開創(chuàng)性論文中的，這是L.A.Zedeh第一次提出與傳統(tǒng)數(shù)學(xué)和控制理論的模糊集合理論完全

不同的一種理論 [2]通過與傳統(tǒng)控制的比較，模糊控制的優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面⑹在設(shè)計(jì)過程中對(duì)數(shù)學(xué)模型沒有明確的要求。模糊控制的適應(yīng)性強(qiáng)。模糊控制的魯棒性強(qiáng)。模糊控制采用連續(xù)多值的邏輯方式來適應(yīng)參數(shù)的變化，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制要求。參數(shù)整定方便。在生產(chǎn)過程中，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行定性的分析，就能很好的建立模糊規(guī)則和參數(shù)。模糊控制的結(jié)構(gòu)簡單。系統(tǒng)的軟件和硬件都可簡單實(shí)現(xiàn)2.4直流電機(jī)模糊控制系統(tǒng)的MATLAB仿真及其分析[5]在MATLAB的命令窗□鍵入fuzzy后并按回車，以此來激活模糊推理的工具箱。這時(shí)在系統(tǒng)的界面系就跳出一個(gè)模糊邏輯編輯器。在FILE菜單下有兩種模糊控制器的模型，分別為Mamdani型還是Sugeon型。在本次的設(shè)計(jì)中選用Mamdani型。在EDIT下添加輸入和輸出，最后的結(jié)果為兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出，輸入命名分別為誤差e和誤差變化率ec以及輸出u。如圖2.1所示。對(duì)于誤差e，論域是離散的，其論域?。?10,+10｝，設(shè)置7個(gè)隸屬度函數(shù),EE?181NamrNameMBTvpttrirrifparams[-13EE?181NamrNameMBTvpttrirrifparams[-1333^10-G666]分別為NB（負(fù)大）、NM（負(fù)中）、NS（負(fù)小）、0（零）、PS（正?。?、PM（正中）、PB（正大），即隸屬函數(shù)有7條，隸屬形狀為三角形（trimf）。如圖2.2所示?！鰜ABeabeir^hipFunctionHditors*hkxFiIsB4iI ￥]電wMembershipfunctionptoisP|crtP0'^5irtnulvaiiidhlff'>'CurrenthAenKbershipFunction(ckckonMFtoselect)固-JE?al>ershipFunccxonEditorsshkzsc!"ocJ,<urr-r-1.-nf.Itinputvariable'"ec1NameTypeLJl-Z-p!-^■CurrerriMerriberlipFurn.-Liuriu"unMF!□匕匕I固-JE?al>ershipFunccxonEditorsshkzsc!"ocJ,<urr-r-1.-nf.Itinputvariable'"ec1NameTypeLJl-Z-p!-^■CurrerriMerriberlipFurn.-Liuriu"unMF!□匕匕I匕ut.il-lo-箱FiliEditViawFISVariablesM^rrlvT?P?P療r■感hi二[0.25口0^51hlrnfMefflfcerzhipruncttortpuxsP|Gtpoints:Displa-/Range圖2.2e的隸屬度函數(shù)編輯圖對(duì)于變化率ec,論域是離散的，其論域?。?,1｝，設(shè)置5個(gè)隸屬度函數(shù),分別為NB、NS、0、PSPB,即隸屬函數(shù)有5條，隸屬形狀為三角形（trimf）如圖2.3所示圖2.3ec的隸屬度函數(shù)編輯圖對(duì)于輸出u論域是離散的，其論域均?。?,10｝，設(shè)置7個(gè)隸屬度函數(shù),分別為NB、NM、NS、0、PS、PM、PB,即隸屬函數(shù)有7條，隸屬形狀為三角形(trimf)。如圖2.4所示。圖2.4u的隸屬度函數(shù)編輯圖點(diǎn)擊Edit菜單中的Rules選項(xiàng)打開模糊控制編輯器(Ruleedit)，將需要建立的模糊控制規(guī)則表添加到規(guī)則庫中。規(guī)則編輯結(jié)果如圖 2.5所示。■RuleEditor>hkN|[n|XFiZeEdit.ViewDptions1.圖2.4u的隸屬度函數(shù)編輯圖點(diǎn)擊Edit菜單中的Rules選項(xiàng)打開模糊控制編輯器(Ruleedit)，將需要建立的模糊控制規(guī)則表添加到規(guī)則庫中。規(guī)則編輯結(jié)果如圖 2.5所示?！鯮uleEditor>hkN|[n|XFiZeEdit.ViewDptions1.IfteisNB)cnE(ec怎NB)thenfuisPB)f!)2_tt(eisNB)and(ectsNS)then(uisPM)(1J3if(eIsNB)◎門日feeisO)them(UIsPMJCl)」4-tf(eisNB)and(scisPS)then(uisPS)(115.If(eIsNB)and(BC店P(guān)B)theni(u唱O)(1J?.IfCeisNNDond(ec起NB)then(uisPB)C1)7-IT(eisNM)and(ectsNS)then(uisPM)(1)基ir(eisNh4)and(ec毎O)then*(uisPM)(1)9-tf(eisNM)andfeeisPS)then(uisPS)f1)110.]f(eIsNlrfjand(ectsPB)thenQjIsO>11If(Ei3NSJand(ec.isNB)th圖2.5模糊規(guī)則輸入界面點(diǎn)擊View菜單中的Rules選項(xiàng)可以打開模糊規(guī)則觀察器如圖2.6所示，irteIssrtd ec居Weight:Then<LiISNMNSQpsPMnertgolps'PMnDeleteruleAddrule ChangeruleRenamedFISto"mhkzHeto匚lose觀察模糊推理系統(tǒng)的輸入，輸出情況，為點(diǎn)擊View菜單中的Surfview選項(xiàng)可以打開模糊推理輸入輸出特性曲面，以圖形形式顯示模糊系統(tǒng)的輸入，輸出情況。最后使用File菜單中的Export選項(xiàng)將做好的模糊推理系統(tǒng)保存到磁盤(disk)和工作區(qū)(toworkspace)，取名為mhkz?fis。

圖2.6模糊規(guī)則觀察器圖Ke=—建立上述模糊控制器之后，按照下圖5.9建立模糊控制系統(tǒng)的仿真，本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是二維的模糊控制器結(jié)構(gòu)，在這個(gè)模糊控制器的設(shè)計(jì)過程中，還要合理的選擇模糊控制器輸入變量Ke、Kc,輸出控制量的系數(shù)Ku。Ke、Kc、Ku的計(jì)算方Ke=—（2.1）Xen為誤差變量模糊子集的最大值，x為誤差論域的幅值，通過計(jì)算得Ke=20。e2.2)2.2)Kc=m為誤差變化率變量模糊子集的最大值，xc為誤差變化率論域的幅值，由于模糊論域的取值為非對(duì)稱的，xc在取值時(shí)為模糊控制的變化范圍。通過計(jì)算得uKc=0.001o Ku=（2.3）bu為控制量論域的幅值，b為控制量模糊子集的最大值，由于模糊論域的取值為Ku=2o模糊控非對(duì)稱的，b在取值時(shí)為模糊控制的變化范圍。通過計(jì)算得制系統(tǒng)仿真如圖2.7Ku=2o模糊控20□r：ir￡適CorinifYI/叮上t_LIjiniMi20□r：ir￡適CorinifYI/叮上t_LIjiniMiy|om卅 y j.13?Tra'^i:cnf由：齊r：iril切時(shí)5 伽軌F簡泗肉曲1加Erfsrlyihi血仇單占『專：蒞加巾語児FSilledO''圖2.7模糊控制系統(tǒng)仿真圖其中stepl負(fù)載的參數(shù)設(shè)置，如圖2.8所示。PaT-anie*eiiHtE?phm^PaT-anie*eiiHtE?phm^Finalvalue:[toSdrnpfetime:|o[vjIr^^tpretveclorp^rannettci；as1-D[辺匡nablezerocrot$ingdetection]CancelIIHelp圖2.8step的參數(shù)設(shè)置圖

建成仿真模型之后雙擊FuzzyLogicController選擇LookUnderMask,輸入mhkz建立聯(lián)系。當(dāng)成功建立聯(lián)系后，中間會(huì)顯示 FIS，如圖2.9所示。圖2.9FIS與Simulink的連接運(yùn)行仿真程序，得到的仿真曲線如圖2.10所示。圖2.10直流電機(jī)模糊控制系統(tǒng)仿真崩線圖采用傳統(tǒng)P1D控制得到的輸出波形在快速響應(yīng)方面做得較好，能較快的達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，但超調(diào)量超出了很多。而模糊控制系統(tǒng)的性能優(yōu)越、調(diào)節(jié)精度高，穩(wěn)態(tài)性能好，超調(diào)明顯小，具有較強(qiáng)的魯棒性。[5]

第三章總結(jié)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能控制技術(shù)日趨完善，在更多的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用?；贛ATLAB的模糊控制系統(tǒng)，為在實(shí)際應(yīng)用提供了一個(gè)參考，但是在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)考慮實(shí)際的影響因素，例如環(huán)境對(duì)控制系統(tǒng)的影響、人為因素對(duì)控制系統(tǒng)的影響等。面對(duì)實(shí)際問題時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而分析。通過這次對(duì)模糊控制實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)系統(tǒng)的控制，進(jìn)一步強(qiáng)化了我的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也對(duì)MATLAB軟件有了進(jìn)一步的熟悉，鍛煉了我的自學(xué)能力?；贛ATLAB這個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái)，通過這個(gè)平臺(tái)進(jìn)行建模和仿真，得到了較為理想的效果。模糊控制能有效地的控制超調(diào)，在控制超調(diào)方面有優(yōu)越性。參考文獻(xiàn)鐘麟，王峰.Matlab仿真技術(shù)與應(yīng)用教程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004.王立紅，楊匯軍?基于Matlab的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真J]?遼寧工學(xué)院