他勵(lì)直流電機(jī)電樞／勵(lì)磁獨(dú)立模糊控制設(shè)計(jì)研究

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com他勵(lì)直流電機(jī)電樞／勵(lì)磁獨(dú)立模糊控制設(shè)計(jì)研究★口李志雄1,2口湯雙清口方子帆1．武漢理工大學(xué)水路公路交通安全控制與裝備教育部工程研究中心武漢4300632．三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院湖北宜昌443002摘要：鑒于他勵(lì)直流電機(jī)弱磁調(diào)速時(shí)呈非線性，傳統(tǒng)PID難以獲得高精度控制，現(xiàn)基于模糊邏輯設(shè)計(jì)了其電樞／勵(lì)磁獨(dú)立控制器。該控制器結(jié)合模糊控制自適應(yīng)能力和PID控制的全局漸近穩(wěn)定性能于一體，組成復(fù)合模糊一PlD控制器，分別控制直流電機(jī)的電樞／勵(lì)磁回路電流，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)高性能自適應(yīng)調(diào)速控制。數(shù)字仿真表明，所設(shè)計(jì)的模糊控制系統(tǒng)能夠使電機(jī)速度響應(yīng)無超調(diào)、無穩(wěn)態(tài)誤差，性能明顯優(yōu)

2、越于PID控制。關(guān)鍵詞：他勵(lì)直流電機(jī)弱磁調(diào)速電樞／勵(lì)磁獨(dú)立控制模糊控制中圖分類號(hào)：TP3313文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—4998(2009)08—0042—03直流電動(dòng)機(jī)具有良好的運(yùn)行性能，他勵(lì)直流電機(jī)他勵(lì)直流電機(jī)由電樞和外部電壓源供電的勵(lì)磁線調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，如：機(jī)械加工、圈組成，采用電樞／勵(lì)磁控制的直流電機(jī)動(dòng)態(tài)等效模起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備”～21。利用電樞／勵(lì)磁回路型框圖見圖1，它可由下面的微分方程表征。的完全獨(dú)立控制技術(shù)，可以十分方便地控制他勵(lì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)使勵(lì)磁電流較小，電機(jī)效率最大化∞】。由于他勵(lì)直流電機(jī)制造和控制技術(shù)均較成熟，所以將其應(yīng)用

3、到飛輪儲(chǔ)能中是十分穩(wěn)妥得當(dāng)?shù)?。飛輪系▲圖1基于電樞／勵(lì)磁控制的直流電機(jī)等效框圖統(tǒng)需要較高的電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)直流電機(jī)電樞電壓達(dá)到最大值，其轉(zhuǎn)速已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，若還要求提升電機(jī)轉(zhuǎn)速電樞電壓方程：厶pi=。一R。i一E(1)時(shí)，需用弱磁調(diào)速來實(shí)現(xiàn)。此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩是磁通和電樞勵(lì)磁電壓方程：厶pif=r—Rrir(2)電流的乘積；反電勢是磁通和速度的乘積，因而將電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程：如∞=一孔一Bto(3)勵(lì)磁電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)電流均作為狀態(tài)考慮時(shí)，系式中：P為微分算子；u。、u分別為電樞和勵(lì)磁電壓；i。、統(tǒng)將是非線性的【】】。而工業(yè)用弱磁控制器多采用傳i分別為電樞和勵(lì)磁電流；R?L分別為電樞繞組電阻統(tǒng)PID控制

4、器，當(dāng)PID參數(shù)一經(jīng)確定則在工作中不能和電感；Rr、厶分別為勵(lì)磁繞組電阻和電感；∞為電機(jī)改變，這使其在處理系統(tǒng)的非線性上明顯能力不足。角速度；J是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；B為粘尼摩擦系數(shù)；目前，模糊控制系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用在交直流調(diào)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；E=C∞為電動(dòng)機(jī)反電勢；：C速控制系統(tǒng)中1。作為一種智能控制方法，模糊控制能為電磁轉(zhuǎn)矩；C為電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；為勵(lì)磁磁通量，由較方便地滿足非線性控制對象，而且控制性能優(yōu)越。因玉決定。此，為了克服傳統(tǒng)PID控制的固有缺陷，設(shè)計(jì)了一種新由直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型可知，電機(jī)轉(zhuǎn)速是由決定的控制器方案。該控制器使用模糊控制作為電樞回路的，而又和i、ir直接相關(guān)。因此，通過對電樞和勵(lì)速

5、度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁回路調(diào)節(jié)器，并結(jié)合磁電流的完全獨(dú)立控制可以方便地實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的速PID精度高的優(yōu)點(diǎn)，組成復(fù)合模糊控制，以提高控制系度和轉(zhuǎn)矩獨(dú)立控制。統(tǒng)的總體性能。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的勵(lì)磁／速度獨(dú)2帶弱磁調(diào)速的模糊控制方案立模糊控制器具有較好的動(dòng)靜態(tài)控制性能。在常規(guī)帶弱磁調(diào)速的他勵(lì)直流電機(jī)速度控制中，1他勵(lì)直流電機(jī)的非線性動(dòng)態(tài)模型其電樞和勵(lì)磁回路控制通常采用傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器，控制原理如下：★湖北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：2005ABA294)由式(3)可知：湖北省教育廳自然科學(xué)計(jì)劃資助項(xiàng)目(編號(hào)：2003A001)C4,i=jpo．,+n+Bm(4)收稿日期：2009年2月20

6、09／8機(jī)械制造47卷第540期學(xué)兔兔www.xuetutu.com那么速度環(huán)經(jīng)過PI調(diào)制后可得到：模糊控制器的輸入變量為系統(tǒng)實(shí)際輸出值與參考r值間的偏差e和偏差變化率ec，輸出模糊量為u，它們=k(一)+kf(∞一∞)(5)J的論域分別為【一1，1】、【一1，1】和[0，10】；取7個(gè)語言式中：為電樞電流參考值；∞為速度給定值。式(4)變量值：{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB)；隸屬度函數(shù)見圖中的系數(shù)項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)均包含在比例和積分系數(shù)中，調(diào)4，圖4(a)中e和ec選用相同的隸屬度函數(shù)，圖4(b)中節(jié)好比例~52,-系數(shù)k、k可以使式(4)和(5)等效。曲線峰尖按從左到右順序分別為{N

7、B，NM，NS，Z，PS，同理，可以得到PI控制后的電樞和勵(lì)磁電壓：PM，PBl；控制規(guī)則(見表1)采用Mandani規(guī)則，即：ife，il,=kl(一．)+k-I(一ia)(6)isAandecisB，thenuisC；模糊輸出量M的反模糊化J，采用重心法。／／,f=k2(it一玉)"4-k2iJ(一玉)(7)J表1模糊控制規(guī)則表式中：為勵(lì)磁電流參考值；k-和k：為PI控制器比例系數(shù)；k-、k：為積分系數(shù)。