基于模糊控制的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)MATLAB仿真

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1、·2·2002年第5期《電機(jī)電器技術(shù)》·電機(jī)電器技術(shù)·基于模糊控制的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)MATLAB仿真賈東耀,曾智剛(廣東工業(yè)大學(xué),廣州市510090)摘要:采用Fuzzy-PI控制策略進(jìn)行直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì),它克服了簡單模糊控制和傳統(tǒng)PI控制的一些缺點(diǎn),同時(shí)利用MATLAB軟件中的工具箱進(jìn)行系統(tǒng)的輔助設(shè)計(jì)、仿真,達(dá)到了較好的效果。關(guān)鍵詞:Fuzzy-PI;MATLAB;電機(jī)調(diào)速ComputerSimulationinDCMotorSpeed-ControllingSystemBasedonFuzzyControlJIADong-yao,ZENGZhi-gang(Guangd

2、ongUniversityofTechnologyGuangzhou510090)Abstract:ThispaperintroducesFuzzy—PIcontrolstrategyonDCRotateSpeedSystemdesign.ThismethodovercomessomedefectsofsimplyfuzzycontrolandtraditionalPIcontrol,thengivesoneexampleofhowtodesignandsimulatethesystembyusingthesoftwareMATLAB.Keywords:Fuzzy-PI;MAT

3、LAB;Motortiming1引言得:近年來,模糊控制研究非?；钴S,并在許多領(lǐng)域did1T1+id=(Ud0-Cen)(2)dtRd獲得了應(yīng)用。由于其最大優(yōu)點(diǎn)是不依賴于被控對(duì)象式中n為電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速,T1為電機(jī)的電磁時(shí)的精確數(shù)學(xué)模型,能夠克服非線性因素的影響,對(duì)調(diào)間常數(shù),Ce為電機(jī)常數(shù)。節(jié)對(duì)象的參數(shù)變化具有較強(qiáng)的魯棒性,因而在電力電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T、負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tl與電樞電流之拖動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用亦非常廣泛。本文采用模糊控制間存在著如下的關(guān)系:與常規(guī)PI控制相結(jié)合,應(yīng)用到直流電機(jī)的調(diào)速,克T=CMidTl=CMIl服了模糊控制精度不高的缺點(diǎn),并且利用MATLAB這里CM為電機(jī)常數(shù),Il

4、為負(fù)載轉(zhuǎn)矩引起的電樞軟件進(jìn)行仿真,達(dá)到了較好的效果。電流。2直流電機(jī)模型的建立dn直流電機(jī)工作狀態(tài)如圖1所示。另一方面,由電機(jī)的力矩方程有:T-Tl=Jdt即有:Jdn=id-IlCMdt對(duì)上述方程進(jìn)行拉氏變換得:圖1直流電機(jī)模型1/RId(S)=[Ud0(S)-CeN(S)](3)TlS+1假設(shè)電機(jī)電流連續(xù),則滿足JJRdidSN(S)=Id(S)-Il(S),令Tm=,上式即L+Rdid+E=Ud0(1)CMCmCedt為:式中Rd為電樞回路的電阻,L為電樞回路的電R/Ce感,E為反電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)激勵(lì)電壓為常數(shù)時(shí),E與轉(zhuǎn)速S(N)=[Id(S)-Il(S)](4)TmSLn成正

5、比E=Cen,將E帶入前式,并令T1=,則可從而得出直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。Rd·電機(jī)電器技術(shù)·《電機(jī)電器技術(shù)》2002年第5期·3·應(yīng)用非常廣泛。然而由于常規(guī)模糊控制相當(dāng)于PD控制,不具有積分環(huán)節(jié),因而在模糊控制的系統(tǒng)中又很難完全圖2直流電機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖消除穩(wěn)態(tài)誤差,而且在變量分級(jí)不足夠多的情況下,3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)常常在平衡點(diǎn)附近會(huì)有小的振蕩現(xiàn)象?；谶@種考慮,針對(duì)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用FUZZY-PI控制策模糊控制器由于其不依賴于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,略。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。具有較強(qiáng)的魯棒性,并且控制簡單,在電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域圖3FUZZY-PI控制直流電機(jī)系統(tǒng)框圖系統(tǒng)采用常用的雙閉環(huán)

6、調(diào)速,內(nèi)環(huán)為電流環(huán),采其中Ki、τi的求取采用傳統(tǒng)的雙閉環(huán)設(shè)計(jì)方法,用PI調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)速環(huán)則為FUZZY-PI共同作用。當(dāng)偏這里不再贅述。差e大于某一閾值時(shí),采用模糊控制,提高系統(tǒng)的響4.2轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)應(yīng)速度,而當(dāng)偏差減小到設(shè)定閾值以下時(shí),系統(tǒng)切(1)模糊控制換,改為PI調(diào)節(jié),從而消除模糊控制難以克服的穩(wěn)設(shè)切換閾值為Uc,當(dāng)

7、e(t)

8、>Uc時(shí),采用模糊控態(tài)誤差。制。模糊控制器的輸入為E和EC,輸出為U,設(shè)定量4控制規(guī)則設(shè)計(jì)化論域E={-10,?,10},EC={-1,0,1},U={-10,4.1電流環(huán)設(shè)計(jì)?,10}。考慮實(shí)現(xiàn)的快速性,模糊語言子集E與U均電流環(huán)設(shè)為典型Ⅰ型系統(tǒng),傳

9、遞函數(shù)為:為{NB(負(fù)大)、NM(負(fù)中)、NS(負(fù)小)、ZE(零)、PS(正Ki(τiS+1)小)、PM(正中)、PB(正大)},而EC取{N(負(fù))、ZEWACR(S)=τiS(零)、P(正)}。其中E、U的隸屬函數(shù)如圖4所示。圖4輸入E與輸出U的隸屬函數(shù)這樣可使得在偏差e較大時(shí),能夠提高系統(tǒng)的表1模糊控制規(guī)則集響應(yīng)速度,加快響應(yīng)過程。而當(dāng)偏差減小時(shí),提高系EECNBNMNSZEPSPMPB統(tǒng)的阻尼特性,減小響應(yīng)過程的超調(diào)。NNBNBNMNSZEPMPB由經(jīng)驗(yàn)得出控制規(guī)則如表1。ZENBNB