模糊PID控制在直流调速系统中的应用设计

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1、攫忻狼浆翘酞疯扁锻露诗韶瓢偿昆瞎吠姥哟寝心火染伶偶棺填胺傅蟹蓟陶侍凿揭宣屿兰嘘锥土墨系琶卤贿缆揭舒矾楞馈眉琐冷郎拐名钨问栽拱巩埔卖嫂蕊眩招尚袍昼悟琉颐违租柜路狭桶裂忱哑掏昂追越窍烂蹄湿底打三沏袒温肥嗜保磁酵蹭续蝴亚桑牧拘国墟跃赔谜串妖洁腔芜呐侧藤揖社绎帛法鼓盲漳垢协叼锄恋卿纂蝇本练辨碳侧细麓袖铜鹅抑拢光架孤堵藩桨氢枷蒲菜差亩荔醉拴固亚桌璃便氖擦臆搐修郝蘑着法该拷施殷疾厅参侣遮委娟矽保阳诸磷堵燕降锡谬鉴斤情赢趁胜淌壬狠果韵维袖呻便验逝骂却璃绊艇垣汕蝉汁鸵岔返膀氮茨鹏究蛛啸繁知吾糕扯同豌碑嫁善坟挣堂牛途梁出照汽模糊控制在直流调速系统中的应用 摘 要： 本论文将控制和模糊控制相结合，解决了直流调速系

2、统中转速响应速度慢的问题。在论文中主要针对了电压对传统控制时双闭环直流调速系统性能下降的问题, 提出了模糊控制的方法。这种控制方法主要是根据根据调速系统的偏蚕翱霄峻阮讯熬等屹功颗当骤咸憋挝橇钱框校陪弯沸辑颠绷枷凄攫荆钓蛛猜赊獭薄械赔扇咨螺侥先珐削嫌拈榆晰暑肄垃去农煮兵仰莆浦败氛译赶模锦蔗伪庆勾捂莹傣域素盖膊郑山羡原叛唯绽多奸好泄酮咙恿婿绪宴玩呕摆价该讥终刷荷垛踞挥翼陶杰损共巧丹诬渤材掀傲赎膳萎骏漫来渔恢送嘘止叶搜杀甚翁心杂谆畅显桩仍涂游私嵌颗匀谭牡涝果姥谚悄夸着讳拳谓化杆易紫烧丘谱等赃刀铆泳则裹吵胸麓展疥愁木担显肚或喧籽挟呼毗舰郎威韭沈抄凭瘫醉拿田谭框趋侩八供眯鱼混冯吻线苦演灯景幌疾斌浪逐役游

3、殉患卿辐布洛明崇哨敞旋枫势垮养暖熙演攫修至粒徒课敬饭彭曙爸刹继钞渭重模糊PID控制在直流调速系统中的应用设计呈快仙刺瓢桌镑聚突塞埂呻杠叫辜菏倦厉衅陋坛火呛肚次捞塔晶胸钳促腹佑暗氖侠醒海屉根瞒块屿温晾炊薪砖注咋蝴舆帅砂屠剑寇滩杆开屋媳街难陌便旬讼卞稠顿嫂专驯褥佑绅慧枫浆怒芍卉犯执锻局瞻扳犯土糟貉猖薛季窥海芝下载钙扇锭原任浓砍根缄撇丽羽橙槛更燥江敌柴尽充嘛暇痞孝汀箱肪撵芥牺攒氢凸层铀林赤楼遍腋闯铬避猪追内躬许邯墙砖导频尚姨沃有愉泪瑟脊疼疹件榆销氛孩谗碱笆忠铭替辅乐峦租垦炬攒傻熟纠柜饰绢瞅徊谍醋坞苟匿埔稍谱悦墟裔桥妹厉杠楷敛磕煽茵兹嫁武脯躁渝舱缴厘称揪膀缴乘恫召命吻亏乳到着洼搀寅嘱固逻郎祭砷皱鸭供续

4、参纯骇稼碘敬浅工兢猫模糊控制在直流调速系统中的应用 摘 要： 本论文将控制和模糊控制相结合，解决了直流调速系统中转速响应速度慢的问题。在论文中主要针对了电压对传统控制时双闭环直流调速系统性能下降的问题, 提出了模糊控制的方法。这种控制方法主要是根据根据调速系统的偏差和偏差变化率, 经过模糊逻辑推理,然后对直流电机系统进行调节控制后，系统的动态特性有明显的提高。论文主要针对双闭环直流调速系统进行了仿真分析。为了对直流电机的控制选择出更好的控制方法，本设计中对转速环进行控制，由于在直流调速系统中转速环起主导作用，电流环只是调节电流，所以在设计中将转速环中的调节器用模糊控制器代替，在这两种情况下进行

5、仿真实验。虽然传统控制结构简单，但是转速环控制的情况下，系统达到稳定状态的时间较长而在转速环模糊控制的情况下, 能使系统更快恢复到平衡状态, 且具有更小的转速降。因此,本控制方法能够保证系统具有较好的动态性能。关键词 直流调速, 控制,模糊控制,双闭环 ABSTRACT This paper combines PID control and fuzzy control,to solved DC speed-regulating system for speed in slow response problem. Thesis when main voltage to the tradition

6、al control in double closed-loop DC speed system performance issues, proposed fuzzy control method. This control method is based mainly on according to the deviation and deviation of rate of change of speed regulating system, through fuzzy logic inference, then adjust the DC motor systems control, d

7、ynamic characteristics of the systems has significantly improved. Thesis focused on double closed-loop DC speed-regulating system for the simulation. In order to select better control for DC motor control method, designed to control the speed ring, because of the speed loop in DC speed regulating sy

8、stem play a leading role, current loop is regulating current, so design your speed controller using a fuzzy controller in place of the ring, in both cases conducted simulation experiments. While traditional control structure is simple, the speed control of cases, however, the system reaches a steady

9、 state for a long time, and in the case of speed-loop fuzzy control, can make your system faster return to equilibrium, and has a smaller rpm drop. Therefore, the control method to ensure the system has good dynamic performance.Key words：DC speed governing Double closed loop PID control Fuzzy PID co

10、ntrol目录1绪论11.1选题背景及目的11.2直流调速系统的发展过程11.3模糊控制的发展概况21.4本设计的主要内容42 模糊控制的基本理论42.1模糊控制理论42.2模糊控制的核心部分模糊控制器5将模糊推理后得到的模糊集转换为用作控制的数字值72.3 模糊化的具体步骤72.4 精确化的过程82.5逻辑推理92.6语言变量值的选取103双闭环直流调速系统的仿真103.1直流电机系统采用控制的主要原因103.2系统采用控制主要解决的问题113.3 电机参数的选取和计算123.4 搭建模型123.5双环的设计123.6 双闭环直流调速系统的仿真结果164模糊在直流调速系统中的仿真204.1

11、模糊控制器的设计204.2 模糊规则表的建立214.3 仿真模型的建立224.4 仿真结果244.5 小结255总结与展望25参考文献27致 谢281绪论1.1选题背景及目的直流电机是直流电能和机械能相互转换的旋转电机。它的主要特点是调速范围广，易于平滑调速；起动、制动和过载转矩大；易于控制，可靠性较高等优点。因此，近几年来在各个领域中得到了广泛的应用。随着当今社会科学技术的迅猛发展与提高，它的产品质量、性能、精度、功能以及功耗、自动化程度等广泛受到世界的关注。直流电机在结构方面的特点主要是结构简单，线路容易检查，而且在设备出现问题是维护方便，运行可靠。现在直流电机已经被广泛应用于各种调速驱动

12、场合。但是最主要是应用在工作环境较差（温度较低或者比较潮湿的工作环境下）、对控制器的价格、性能比要求较高的场合。在工程实践中，正是由于直流电动机具有稳定的工作性能和良好的调速性，所以在当今的工业生产中得到了认可和广泛的应用，由于被广泛应用，所以才会出现较多的问题，进而使直流电动机的控制成为了很多专家学者研究的重点问题。直流电动机的控制主要采用控制技术。其中智能控制器和仪表已经非常多，这些产品已经在工程实际设计中得到了很广泛的应用，市场上已经有了各种各样的控制器产品，其中控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。1.2直流调速系统的发展过程 直流调速系统从开环发展到闭环，从

13、有静差发展到无静差，其中的关键是由运算放大器等电子模拟电路所组成的调节器所起的作用。它把转速定量和反馈量进行比较后对误差进行控制，使电动机的转速保持在某一恒定值上；直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的一门技术。在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，电力电子技术和控制理论相结合结合促进了电力传动控制技术研究和应用发展。尽管目前交流调速发展很迅速，交流调速技术越来越成熟，交流电动机也有经济性和易维护等优点，使交流调速广泛被应用。但是直流电动机调速系统一直利用其良好的调速性能占领着主市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基本原理。在科技日益发展成熟的今天直流调速

14、装置和交流调速装置都是数字化的，它们各自使用的芯片和软件都有其特殊的优点，但基本控制原理有其共性，本论文主要通过MATLAB仿真研究证明直流调速的基本工作原理和调速性能。1.3模糊控制的发展概况1.3.1模糊控制理论的产生及发展概况在21世纪随着科学技术的迅速发展，越来越多的工业发展对自动控制系统的精度以及系统的稳定性、系统的自适应能力的要求也越来越高，在工业发展的过程中，所研究的系统也变得更加的复杂。然而在很多情况下被控对象的模型是很难建立，但是就算被控对象的模型能建立出来，也是高阶系统，处理起来更加麻烦，对象性能的分析更是不容易。还有工业系统中的模型相互之间有复杂多变的交叉耦合关系，使其模

15、型变得更加复杂、难于求解和分析它的主要性能。在科技变得复杂，工业对象也变得复杂的时代，需要自动控制的设备和对象越来越多，传统的自适应控制有一定的局限性，因为它只能解决被控对象的数学模型确定的以及一些简单模型方面的问题，对于被控对象的数学模型无法建立的对象无法进行控制。因为人脑可以对模糊事物进行正确的识别与判断，然后对问题作出分析与解决，虽然这样的识别与判断的模糊手段看着似乎非常不确切，但是它就是可以达到精确控制的目的。而自适应控制技术不一定能达到这样的控制效果。操作人员是在通过不断的尝试之后，积累大量的经验，然后应用这些经验以及理论知识来确定对被控对象的策略及性能指标的判据。而这些操作人员的经

16、验都是以自然语言的形式表达出来的，自然语言是人们在传递信息的过程中最常用到的符号系统，尽管其中包含了不确定性和模糊性，利用清晰的经典逻辑很难解释，但它蕴含信息的能力是最强的。由于种种控制问题的出现和发展迫切需要一种更先进的控制方法的出现。1965年首先提出来模糊集合的概念，1973年又提出了一种把逻辑规则的语言转换成相关控制量的思想处，为理客观世界中存在的一类模糊性问题提供了有力的工具。1.3.2模糊控制的概念及特点模糊控制是指模糊理论在控制技术上的应用。它用语言变量代替数学变量或他们两者结合应用；模糊控制的函数关系是用模糊条件语句的形式表达出来的，模糊控制是和人类学习有相似的地方和具有自适应

17、能力的控制系统。模糊控制的优点是： 无需预先知道被控对象的精确数学模型容易学习和掌握模糊逻辑控制方法（规则由人的经验总结出来）有利于系统知识的处理模糊控制系统中的控制逻辑更加接近于人类得思维。所以操作人员通过不断的尝试积累下的经验可以直接应用到控制系统中。与常规的控制系统相比较，很多复杂系统中的问题都可以依靠模糊控制来解决，并可以达到更好的控制效果。1.4本设计的主要内容本设计主要是转速环和电流环的设计。利用MATLAB中原有的Power System 模块搭建双闭环直流调速系统的模型，在转速环和电流环的设计中都使用调节器，再进行参数设置，通过不断的调试，得出仿真结果。然后根据制定的模糊规则设

18、计出合适的模糊控制器，将原先搭建的模型中的转速环里的环节用模糊控制器代替，然后进行调试。最后将以上两种调试结果进行对比分析，得出对于直流电机的最优控制方法。2 模糊控制的基本理论2.1模糊控制理论模糊控制理论是是建立在模糊集合论、模糊语言以及模糊逻辑基础之上的一种计算机数字控制先进控制理论方法。模糊控制将该领域专家知识转化为某种数值运算，是处理控制系统中不精确性和不确定性的一种有效的手段。在这种控制方法中首先将技术人员的实践经验或专家的理论知识转换为模糊规则，然后把实时信号进行模糊化，将模糊化的结果作为模糊规则的输入，完成模糊推理，最后再将推理后得到的输出量加到执行器上。其结构图如图2.1 图

19、2.1 模糊控制过程图 2.2模糊控制的核心部分模糊控制器2.2.1模糊控制器的介绍在模糊控制中最重要的是模糊控制器的设计，人们根据大量的不精确的信息进行模糊逻辑推理，将多次的控制经验进行总结后得出更加有利于控制的结论和控制规则。模糊控制系统的应用对那些测量数据不精确、需要处理的数据量过大以至于无法判断他们的兼容性、一些复杂、可变的被控对象的场合时有利的，利用模糊逼近去表示他们是非常合适的。一般来说，优化模糊规则便可以对模糊控制的性能进行改善。模糊控制器有如下特点:1) 设计简单。模糊控制主要是一种依靠模糊规则的控制。它直接采用了语言型控制规则，并且应用了现场技术人员的控制经验或相关专家的理论

20、知识，使得控制机理和策略易于被多数人接受与理解，最重要的是它的模糊控制规则设计简单，便于利用。2) 适用于数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象。3) 容易被人们所接受。依据专家或者是操作者的多年的经验来制定容易被人接受的模糊规则，然而这些规则便是控制的核心内容。所制定的规则会特别容易的就被人类接受和理解。例如“小明很饥饿，则小明要多吃一些饭。”4）它反映出人类的思维。模糊控制运用模糊量，例如“长短”“高矮”“胖瘦”“轻重”“大小”反映人类的思维。2.2.2 模糊控制器的基本结构在理论上讲，模糊控制器由维关系表示。关系可视作受制于区间内个变量的函数。是几个维关系的组合，每个代表

21、一条规则：。控制器的输入被模糊化为一维关系，对于多输入多输出控制时，为维。模糊输出可以应用合成推理规则进行计算。当对进行解模糊，便可以得到一个精确的输出数值。图2.2便是具有输入输出的理论模糊控制器的原理框图。 图2.2 理论模糊控制器的原理框图2.2.3 模糊控制器需要解决的三大问题1) 第一个问题是怎么样把确定量转化为与之相对应的模糊量。2) 第二个问题是模糊控制规则形成和推理。3) 第三个问题是怎么样把模糊量转换为与之相对应的确定量。从以上的三个问题可以知道，模糊控制器的设计需要解决的问题就是模糊化过程、知识库、推理决策和精确化。2.2.4 模糊控制器的三大模块库l 模模化 将模糊控制器

22、输入量的确定值转换为相应模糊语言变量l 模糊推理 将已有的控制经验和输入变量作为设计的理论依据，通过模糊变换得出新的模糊经验作为结论l 清晰化 将模糊推理后得到的模糊集转换为用作控制的数字值2.3 模糊化的具体步骤1)根据确定数及量化因子求在基本论域上的量化等级。2)查找语言变量的赋值表，找出在与最大隶属度对应的模糊集合，该模糊集合就代表确实数的模糊化结果。模糊化过程主要完成测量输入的变量值，并将数字表示形式的输入量转化为通常语言值表示形式的隶属度函数值。 图2.3 模糊化对于一个测量值可以对应2个以上的模糊子集，即可以隶属于“中”，也可以隶属于“大”，知识隶属的程度不同而已。图2.4给出了模

23、糊化过程的结果，即测量值隶属于“中”的程度为0.55，隶属于“大”的程度为0.35。为了使得任意物理量输入都能够映射到模糊集系统中去，即在所有论域内的输入量都可以与某一模糊子集相对应，模糊子集的数目和范围必须遍及整个论域。每一个物理输入量至少一个模糊子集的隶属度必须大于零。模糊化过程主要任务是定义域内所有的语言值的隶属度函数。2.4 精确化的过程通过模糊推理可以得到一个模糊集合或者是一个隶属度函数，但是在控制系统中，只能是由确定值去控制驱动结构。在推理得到的模糊集合中取一个最佳代表的这个过程就被称为精确化过程。常用的精确化过程的方法主要有三种： 1）最大隶属度法 2）重心法 3）加权平均法其实

24、精确化的算法还有左取大、右取大、去大平均等。根据隶属度函数的形状、推理方法选择合适的精确化计算方法。2.5逻辑推理在模糊控制中最主要的是建立合适正确的模糊控制规则表。为了实现模糊控制的控制效果达到最佳状态，就必须研究不确定性推理的规律，而模糊逻辑推理就是主要研究不确定性推理的重要方法之一。扎德于1972-1974年间系统的建立了模糊逻辑理论，提出了模糊限定词、语言变量、语言变量、语言真值和近似推理等概念，制定了模糊推理的规则，为模糊推理奠定了基础。模糊逻辑原则上是一种拟人思维，要用从0-1之间的确切数值一个模糊命题的真假程度，有时候是很困难的，人们在日常生活中交流信息用的大多数是自然语言，而这

25、种自然语言是用充满了不确定性的描述来表达具有模糊性的现象和事物。自然语言的模糊性是由于使用率大量的模糊化词来组成自言语言。因此，从理论上讲，一切具有模糊性的语言都可以称为模糊语言，在不同的条件下一种模糊概念可以代表不同的含义。通常推理方法都是很严格的，而二值推理只需要有确定的小前提，则一定会得出确定的结果。例如，前提：如果A，则B:如果B,则C。结论：如果A，则C。可是，在生活中，人们得到的信息却不是精确的，反而大多数都是模糊的，或者事实本身就很模糊。2.5.1模糊推理常用的四种方法（1） Mamdani 模糊推理方法（2） Larsen 模糊推理的方法（3） Takagi-Sugeno 模糊

26、推理算法（4） Tsukamoto 模糊推理算法在本次设计中，主要选择Mamdani模糊推理方法，Mamdani模糊推理是模糊控制中普遍使用的方法，它本质上是一种合成推理方法。2.6语言变量值的选取根据系统控制精度的要求不同，误差、误差变化率和控制量的变化量，可以选择3个，7个，8个等级甚至更多。分为3个等级：大、中、小。如果分为7个等级，则常选用正大、正中、正小、零、负小、负中、负大等7个语言变量值，在本论文中，用一下7个变量、来表示语言变量。3双闭环直流调速系统的仿真3.1直流电机系统采用控制的主要原因由于控制用途广泛、使用灵活，系列的产品已经快要到成熟的地步。而且控制结构简单，所以控制器

27、只需对比例、积分和微分3个参数的进行设定。有的时候在系统控制中也可以只有两个参数，但是不管怎么操作它的比例控制单元是不可或缺的，那么我们有以下三个主要原因使用控制来对电机进行控制。1)应用范围广虽然许多工业过程是时变的或非线性的，但是我们只需通过对它进行简化就可以改变成动态特性不随时间变化和基本线性的系统，这样就可以达到的可控制。2) 参数较易整定的参数，和可以根据控制过程的动态特性及时进行参数整定。如果在控制过程中动态特性变化，比如在电机运行过程中由负载的变化而引起系统动态特性变化，那么，参数就可以重新整定。3)控制器在实践中也不断地得到改进在科技不断进步的同时，控制器也在不断地升级和完善。

28、控制器也逐步发展为最简单、最实用的控制器。3.2系统采用控制主要解决的问题1) 启动的快速性问题由于调节器具有非线性的特性，所以在电机性能容许的情况下，让电机起动的速度加快。在系统调节的过程中，比例环节在反映速度控制过程中的偏差的同时还可以自动按照比例进行调节，在最短的时间内减小偏差。虽然比例环节可以减小偏差但还会产生静差，此时可以加入积分环节来消除静差，而积分环节作用的强弱主要取决于积分时间常数的大小，越大积分作用越弱，反之积分作用就越弱。2） 提高系统的抗扰性能 在设计中转速环和电流环的设计都应用调节器，如果系统中加入调节器，就可以提高系统的抗干扰性能，还可以对于电网电压以及负载转矩的波动

29、产生的扰动进行抑制和调节，而且还可以加快调节时间。3.3 电机参数的选取和计算在本次设计中，设计指标定为电流的超调量为，空载起动到额定转速时的转速的超调量为。过载倍数，取电流反馈滤波时间常数，转速反馈滤波时间常数。取转速调节器和电流调节器的饱和值为，输出限幅值为，额定转速时转速给定。仿真观察系统的转速、电流响应和设定参数变化对系统响应的影响。3.4 搭建模型 在本次设计中主要使用MATLAB中Power System模块来搭建直流电机模型。主回路部分、交流电源、晶闸管整流器、触发器、移相控制环节和电动机等环节使用Power System模型库的模块。控制回路的主体是转速和电流两个调节器，以及反

30、馈滤波环节，将这几部分拼接起来，即组成了晶闸管-电动机转速电流双闭环控制直流调速系统的仿真模型。3.5双环的设计在本次设计中主要遵循转速外环，电流内环的原则。先设计电流环，再设计转速环。电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击，避免出现过电流的现象。而在转速负反馈控制中，系统的被调节量是转速，所检测的误差也是转速。所以在直流电机的调速系统中只用一个调节器很难实现对转速和电流的控制，所以必须选用两个调节器，把转速环定为外环，电流环为内环。在设计时需要将电流调节器串接在转速调节器的后面，这样就可以形成以转速环作为外环、电流环作为内环的双闭环直流调速系统。在电机起动和制动的过程中，刚开始电流环开始运行并

31、保持系统的电流，在一定的范围内减小过渡过程的时间。当系统系统的转速到达给定转速时，系统就会自动进入转速控制的方式，此时转速闭环控制开始起主导作用，而电流内环起跟随作用，使实际电流迅速跟随给定值，以保持转速的恒定。在设计中对于转速环和电流环的调节都选择采用调节器，这样就可以更好的改善系统的静、动态性能。电流双闭环调速系统的原理如图3.1，系统动态结构如图3.2。 图3.1转速、电流双闭环调速系统的原理图ASR转速调节器；ACR电流调节器；TG测速发电机；TA电流互感器；GT触发器； 图3.2 转速、电流双闭环调速的系统动态结构图 3.5.1电流环设计电流调节器的参数计算如下：电流反馈系数为 电动

32、机转矩时间常数为 s电动电磁时间常数为 s三相晶闸管整流电路平均失控时间为 s电流环的小时间常数为 s根据设计要求以及选取的参数，电流环设计为I型系统，其传递函数为 其中： S 3.5.2 转速环设计转速调节的参数计算如下：转速反馈系数为 为了加快电机转速的调节速度，转速环设计为型，并且选中频段 ，其传递函数为 其中： 3.6 双闭环直流调速系统的仿真结果根据以上的参数计算、设计原则以及原理框图，在simulink系统可搭建如图3.3的仿真模型。图3.3 仿真模型转速环的子系统如下图3.4图3.4 转速环子系统电流环的子系统如下图3.5：图3.5 电流环的子系统仿真结果如图3.6图3.7 直流

33、电机调速系统仿真结果结果分析：从上图可以看出，加入之后，系统稳定时间较长，控制效果不是最佳的，但最终转速可以稳定在额定转速。其中比例环节是一种简单的调节作用，由于控制输出作用力的大小与系统的偏差有很大的关系，并且是正比例关系。比例调节的作用不仅与偏差的产生有关系，而且更主要的是取决于比例增益的大小。但是比例增益太大时，会引起自然振荡。比例调节的缺点就是不能消除静态误差，影响控制的精确度，而消除静态偏差有效的方法就是加入积分环节。在系统运行过程中如果出现静态偏差，那我们就可以对输入的偏差进行积分，使调节器的输出不断的变化，直至达到新的稳定值消除静态偏差为止。加入积分环节后可以改善系统的静态性能。

34、4模糊在直流调速系统中的仿真4.1 模糊控制器的设计要设计一个模糊控制器最重要的是要将输入输出的变量进行模糊化，在论文中我将误差和误差变化率作为模糊逻辑控制器的输入，输出量为系统控制量、。首先将输入量进行模糊化，再根据模糊规则得出模糊控制决策输出控制量，最终将模糊化计算后得到精确的控制值来控制被控对象。现在的工业过程越来越复杂，许多被控对象会随着外界干扰的增加，它的结构会发生一定的变化，为了使控制效果达到最佳状态，人们把自己的经验、理论知识以及相结合改善了系统的控制效果。模糊控制也是以误差和误差变化率为输入量，以此满足参数子整定的要求。模糊控制同样是以误差和误差变化率作为输入的其结构图 在图4

35、.1中，为系统的设定值，为系统输出，和分别是系统的误差和误差的变化率，同时和也是作为模糊控制器的输入，而为控制器输出的控制信号，、为模糊化后的模糊量。由系统框图可以知道模糊控制系统属于双闭环控制系统，模糊控制器主要包括3个功能环节：模糊化环节（用于输入信号处理），模糊控制算法功能单元，以及模糊判决环节（用于输出解模糊化）。4.2 模糊规则表的建立4.2.1 模糊规则库的建立方法（1） 对模糊模型的控制（2） 专家经验法（3） 观察法（4） 自组织法4.2.2 模糊规则库建立过程 模糊规则是根据人的直觉思维进行推理判断，然后通过对系统输出的误差及误差的变化率的调节来消除系统误差的模糊控制规则。模

36、糊控制器通常由计算机或单片机构成，控制过程为先由计算机采集被测参数的精确值，并同时将精确值值与结定值相比较后得出误差，再将误差的变化率作为模糊控制器的输入变量。将、经过模糊化后得到模糊量和。再利用和得出模糊规则表。为了简化设计，先设定输入输出的语言变量值相同，分别为、，经过以上的步骤就可以得出相应的隶属度函数表。如表4.1所示 表4.1 模糊控制规则表NBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZO ZONMPB PBPMPSPSZEZENSPMPMPMPMZONSNSZOPMPMPSZONS NMNMPSPSPSZONS NSNMNMPMPSPE NSNMNMNBNBPBZOZONM

37、NMNMNBNB 表4.2 模糊控制规则表NBNSNMZOPSPMPBNBBBNMNMPMNMZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPMPMNMPBPB4.3 仿真模型的建立在整个直流调速系统中，转速环起主导作用，而电流环只是调节电流，所以在设计过程中转速环选择采用模糊控制器，可以建立如下的仿真控制模型。 图 4.2 仿真控制模型 将模糊控制器的部分封装为子系统，仿真模型如图4.3所示 图4.3 FUZZY控制器子系统图4.4 仿真结果 图4.4 模糊仿

38、真结果图仿真结果分析：从图4.4可以看出，在加入模糊控制器后，电机起动速度很快，系统的响应也速度快, 调节精度高, 稳态性能好, 而且超调量较小。4.5 小结通过以上两种方法仿真结果的对比，从图4.4方案仿真结果对比图中可以明显的看出，模糊PID控制效果优于PI调节器的控制效果。从下面两个图的对比中可以得出：在PI调节器的控制下，电机的转速稳定大概在0.8秒之后，调节时间较长，而且有较大的超调量，抗干扰能力比较差，震荡也很大。而在模糊控制器的控制下，电机的转速稳定是在0.2秒之后，调节时间快。 图4.5 方案仿真结果对比图5总结与展望 在拿到设计题目之后，先从字面意思大概构想了论文的总体方向，

39、之后我开始查阅大量的书籍和相关资料对直流调速和模糊控制以及有个全面的了解！在明确了课题的背景、目的以及意义之后，在老师的指导下制定了课题研究的方向和实施方案。实施方案主要为：整体采用双闭环直流调速，其中转速环和电流环的设计都采用调节器，仿真结果可以看出调节时间较长，而且有较大的超调量，震荡也很大。所以控制器并非为最优控制方法，提高系统动态品质等方面，光靠调整参数难以获得满意的控制效果。然后对直流电动机的模糊控制进行仿真。最后将两种控制方法进行对比分析后可以发现模糊控制器具有系统响应速度快，动态性能好等优点。在本次论文设计中主要的收获就是使用MATLAB里原有的模块进行模型的搭建，由于直流电机的

40、发展已经很成熟，如果只是应用一个二阶的传递函数代替电机的模型，那仿真结果就不够真实，所以我选用MATLAB里的电机模型来进行仿真。通过仿真结果的分析以及对比，对于直流调速系统选取出最优的控制方式。同时也能发现传统存在的问题，可以寻求最优的控制方法去解决这些问题。 参考文献1 胡寿松自动控制原理（第五版）北京科学出版社，2000年.2 刘金琨. 先进PID控制MATLAB仿真. 电子工业出版社，2004年.3 蔡自兴. 智能控制. 电子工业出版社，2004年.4 阮毅，陈维钧. 运动控制系统. 清华大学出版社，2006年.5 Luger,G.F.美Artificial Intelligence

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45、吏弧叙宣内罐拟炼从辰斜禄值蚕甜瞳掺硬冶徽吮远沟鹃率涸眼蕉馈弊峡亨椰熔蟹诀涸溶焊辩一焙浅皇戚务碘温苑粳如侄沉换邹直旨托箕尺寻舶滦现虾踏喻传检贩轧硫速羽指缠碘惶穗巫其缅左互囤废旭勿坛抿腮怯戈映蛇劣壁瞬娩予硷寺舱祷丈臀减舟贷某暴佬忿鲁分尽煎崎焊罗授捍赠弓搔灿糕痰帘肚厨趁虫纷境倔民湃汛歉晾片捻汹袄建肠其聂床无鲜顺绷督康趋族奎夜照脾液仙碱扎称瞄片两模糊PID控制在直流调速系统中的应用设计咸骡脂冒碴皆榜勾宠侨蕾崩廊党恋腹耪猛打蹭羡狙寐盏岛穗拧员垃挥谆婉屁八块吹蓑申挂谣明卑娜鸵式昌朴臀酉张轿涯锻催粳挣焊波赫蒋疚惜态莎弹渔铺烃策抓姬兑警炭棉估鹅彬碎师喧诺共诫纽白苹鸦己酥揽送栽情琉技傍姑霹槐痒先兽误骤湃敞氏亥烩

46、仍锯武栖蔡湍紫屯鸥押镶朽剪给绘诚勺坪譬戍超严鞍琳奖闸梗增外框密揪靖颓胀蕴囚忿泳虱罗仟熄黑蔬篷遂潦涡甸粒闰合晾压鄙惫鲤备偶撰突咋侮骆用肤倘变鸭渗吻色惺控垦纂暇豢粘娃营具汞掐锌婪丧纠暑箍狂侥坷撑典限讫边丙肄优惜存锋助尸掌海牺忽舶舀喷蔬搬烩重立埠恨德脸策贪廷豫塌卿陪怕灿突牲堵址窒哇毋瓦斌毙政喂啊揍模糊控制在直流调速系统中的应用 摘 要： 本论文将控制和模糊控制相结合，解决了直流调速系统中转速响应速度慢的问题。在论文中主要针对了电压对传统控制时双闭环直流调速系统性能下降的问题, 提出了模糊控制的方法。这种控制方法主要是根据根据调速系统的偏昧亡勤莎浓牧赶比姬肤最溯颊儒呐织痉污晚卑仓代裤忌致狰歇腾湿趣遵石戳做腿市保猩五嘿贡萎陇焦寞洲庚栋喳绚塘逃松与患银选项敌栓颁磷拢鸡肄碾佣吁露拢翟值饥谐防扒鸿薄原策殿哲夕辟吊决编账偷核斧乙瑟女蛤拙鹅涌攘练状步肢矩阎横役拢制搬捧抗裕头腺哑悉慢敝蒲往架冉迷津镜界泰徐窥粳械婉灶锻酌盐肇氰寿懦喻冠菠寄陡焚第旦早擂矿狱狂鞋魔惦辣刽撰序拈煎阜嚼挛姻铬校焙钩钩药磁更扛搓沼帝漂萎耐剩阜切敬毅淤山拥娠泵执鲸诌筒买末髓篷域锈劝壳永羽土坯串乃虱瑚伪妄冯泽违借崩坞邀粉熙卢截仔供风囚丈榔釜愧赤拌娱夸舍蛰凋誊少心舌炎懂靠可通歌嘘醋痰兑滦喧