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1、直流电机模糊控制解析XXXXX智能控制理论概论结课作业题 目：直流电机模糊控制系统设计姓 名：XX学 号：XXX专 业：测控技术与仪器班 级：XX-X班指导教师：XXXX第一章 前言 1第二章 直流电机模糊控制系统设计 22.1 直流电机简介 22.2 直流电机的PID控制 22.3 模糊控制概述 22.4 直流电机模糊控制系统的MATLAB仿真及其分析 3第三章 结论 9参考文献 10第一章 前言随着时代的发展，交流和直流调速不断冲击着，但是我国在这个直流调速领域中的研究不断深入，专家们研制出了全数字直流调速系统1。这个调速系统有着较高的精度，而且很实用，使得直流调速系统成为工业过程中不可缺

2、的一部分。本文将MATLAB 中的模糊控制工具箱和 SIMULINK 有机结合起来，实现了直流电机模糊控制系统的建模与仿真。3模糊控制对被控对象的模型没有明确的要求，而且它的适应性强，通过和PID调节器的结合，组成模糊PID的控制方案能有效地克服常规数字直流电动机调速装置的缺点，进而设计出能在各种情况下，均可以使得直流电动机能达到稳定转速精度的要求。第二章 直流电机模糊控制系统设计2.1 直流电机简介直流电动机在日常生活中的应用领域非常广，它有良好的启动和制动性能。特别是在电力拖动的自动控制系统中，它的地位更是不可取代。直流调速系统有稳速、调速和加减速这个三种控制要求。在目前的控制过程中，对于

3、调速和加减速已经得到了良好的实现，但是在生产过程中稳速的效果仍达不到预想中的的效果。稳速需要的是电机在一定的精度以所规定的的转速稳定的运行，在某些干扰下，转速波动也不会有比较大的变化。直流电动机双闭环调速系统在工业生产中的应用最为广泛，它采用的是内环为电流环，外环为转速环的结构，这样确保了最大允许的恒电流，使调速系统在最大的加速度的情况下达到稳定。当达到稳定后，使电流转矩同负载转矩平衡。最后，通过外转速环的反馈使得电动机的转速保持恒定。42.2 直流电机的PID控制概述7在某些情况下，受控对象和负载参数的变化很快，使得PID调节器没办法及时适应，因此稳速的要求很难达到标准。直流电动机本身是一个

4、非线性的被控制对象，有许多的间隙性和弹性的扰动存在，如果有很多的变化量，PID调节器将无法顾及。以致最终的设计结果不能达到设计时所需的要求，将会得到鲁棒性较差的控制系统。在这样的系统中常规的PID常常不能有效地克服负载、非线性因素和模型参数的变化因而无法达到高精度和快响应的要求。所以在生产过程中这种控制器很难满足生产要求。而模糊控制对被控对象的模型没有明确的要求，而且它的适应性强，通过和PID调节器想结合，可使直流电动机能达到稳定转速精度的要求。2.3 模糊控制概述模糊这个定义是美国著名控制论学者L.A.Zedeh在1965年发表在开创性论文中的，这是L.A.Zedeh第一次提出与传统数学和控

5、制理论的模糊集合理论完全不同的一种理论。2通过与传统控制的比较，模糊控制的优点有以下几个方面6：(1) 在设计过程中对数学模型没有明确的要求。(2) 模糊控制的适应性强。(3) 模糊控制的鲁棒性强。模糊控制采用连续多值的逻辑方式来适应参数的变化，从而实现稳定的控制要求。(4) 参数整定方便。在生产过程中，对控制系统进行定性的分析，就能很好的建立模糊规则和参数。(5) 模糊控制的结构简单。系统的软件和硬件都可简单实现。2.4 直流电机模糊控制系统的MATLAB仿真及其分析5在MATLAB 的命令窗口键入fuzzy 后并按回车，以此来激活模糊推理的工具箱。 这时在系统的界面系就跳出一个模糊逻辑编辑

6、器。在FILE 菜单下有两种模糊控制器的模型，分别为Mamdani 型还是Sugeon 型。在本次的设计中选用Mamdani 型。在EDIT下添加输入和输出，最后的结果为两个输入和一个输出，输入命名分别为误差e和误差变化率ec 以及输出u。如图2.1所示。图2.1 输入输出量设置对于误差e， 论域是离散的，其论域取-10，+10，设置7个隶属度函数，分别为NB(负大)、NM(负中)、NS(负小)、O(零)、PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)，即隶属函数有7条，隶属形状为三角形(trimf)。如图2.2所示。图2.2 e的隶属度函数编辑图对于变化率ec， 论域是离散的，其论域取0，1，设置

7、5个隶属度函数，分别为NB、NS、O、PS、PB，即隶属函数有5条，隶属形状为三角形(trimf)。如图2.3所示。图2.3 ec的隶属度函数编辑图对于输出u， 论域是离散的，其论域均取0，10，设置7个隶属度函数，分别为NB、NM、NS、O、PS、PM、PB，即隶属函数有7条，隶属形状为三角形(trimf)。如图2.4所示。图2.4 u的隶属度函数编辑图点击Edit菜单中的Rules选项打开模糊控制编辑器(Ruleedit)，将需要建立的模糊控制规则表添加到规则库中。规则编辑结果如图2.5所示。图2.5 模糊规则输入界面点击View菜单中的Rules选项可以打开模糊规则观察器如图2.6所示，

8、观察模糊推理系统的输入，输出情况，为点击View菜单中的Surfview选项可以打开模糊推理输入输出特性曲面，以图形形式显示模糊系统的输入，输出情况。最后使用File菜单中的Export选项将做好的模糊推理系统保存到磁盘(disk)和工作区(to workspace)，取名为mhkz.fis。图2.6 模糊规则观察器图建立上述模糊控制器之后，按照下图5.9建立模糊控制系统的仿真，本次设计系统采用的是二维的模糊控制器结构，在这个模糊控制器的设计过程中，还要合理的选择模糊控制器输入变量Ke、Kc，输出控制量的系数Ku。Ke、Kc、Ku的计算方法如下： Ke= （2.1）n为误差变量模糊子集的最大值

9、，为误差论域的幅值，通过计算得Ke=20。Kc= （2.2）m为误差变化率变量模糊子集的最大值，为误差变化率论域的幅值，由于模糊论域的取值为非对称的，在取值时为模糊控制的变化范围。通过计算得Kc=0.001。 Ku= （2.3）u为控制量论域的幅值，b为控制量模糊子集的最大值，由于模糊论域的取值为非对称的，b在取值时为模糊控制的变化范围。通过计算得Ku=2。模糊控制系统仿真如图2.7所示。图2.7 模糊控制系统仿真图其中step1负载的参数设置，如图2.8所示。图2.8 step的参数设置图建成仿真模型之后双击Fuzzy Logic Controller选择Look Under Mask，输入

10、mhkz建立联系。当成功建立联系后，中间会显示FIS，如图2.9所示。图2.9 FIS与Simulink的连接运行仿真程序，得到的仿真曲线如图2.10所示。图2.10 直流电机模糊控制系统仿真曲线图采用传统PID控制得到的输出波形在快速响应方面做得较好，能较快的达到稳态值，但超调量超出了很多。而模糊控制系统的性能优越、调节精度高，稳态性能好，超调明显小，具有较强的鲁棒性。5第三章 总结随着科学技术的发展，智能控制技术日趋完善，在更多的领域广泛应用。基于MATLAB的模糊控制系统，为在实际应用提供了一个参考，但是在实际应用中还应考虑实际的影响因素，例如环境对控制系统的影响、人为因素对控制系统的影

11、响等。面对实际问题时应根据实际情况而分析。通过这次对模糊控制实现直流电机系统的控制，进一步强化了我的专业知识，同时也对MATLAB软件有了进一步的熟悉，锻炼了我的自学能力。基于MATLAB这个强大的平台，通过这个平台进行建模和仿真，得到了较为理想的效果。模糊控制能有效地的控制超调，在控制超调方面有优越性。参考文献1 钟麟，王峰.Matlab仿真技术与应用教程M. 北京：国防工业出版社, 2004.2 王立红，杨汇军. 基于Matlab 的直流调速系统设计与仿真J. 辽宁工学院学报,2004,24(1)：89.3 肖文英, 李军红，阳武娇.基于 MATLAB/SIMULINK 直流电机模糊控制系统的建模与仿真J. 电器技术,2006年03期.4 陈伯时,阮毅,陈维钧等,电力拖动自动控制系统M机械工业出版社，2003.75 周小波,王群京,陈伟,周嗣理.基于MATLAB/SIMULINK的直流电机模糊控制的仿真J. 电机技术,2010年第1期.6章卫国,杨向忠.模糊控制理论与应用M. 西北工业大学出版社.7石辛民,郝整清.模糊控制及其MATLAB仿真M.清华大学出版社,北京交通大学出版社,2008.