毕业设计--直流电机模糊控制系统设计

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1、本科毕业设计说明书（论文）第27页共27页1绪论直流电动机经常被当做控制元件来使用，离生活越来越近。PID控制法是控制直流电机常用的方法。在有些情况下，控制器都是在对象有精确数学模型的基础上建立起来的。但是，还有其他在许多情况下，由于各方面的原因，生产过程或者被控对象的精确数学模型无法建立。在构建模型的过程中，一些参数需要估计，而且在解决这些参数的过程中，往往会因为对整个控制过程和它的系统特性没有做到全面的了解，从而导致了精简后的数学模型在说明原来的系统上存在较大的偏差，使得设计的系统变得没有实

2、用价值；还有一些由于在生产环境中，没有合适的测量方法，或者由于空间因素，整个测量过程中没办法安装测量装置最后导致了数学模型无法建立[1~3]。目前，随着科技的不断进步，如今研究的控制系统中将会经常涉及到多变量、非线性、时变的系统，在这种情况下，要建立数学模型也是非常困难的，或者在这个情况下根本不能建立模型。在这种背景下，传统的控制理论和技术迎来了新的要求和挑战。一种可以处理语言信息能力的模糊控制理论的提出克服了上面所出现的问题。在模糊控制理论的基础上设计出了模糊控制器，而且它能够模仿操作员工的手

3、动控制。这种模糊控制器对已知受控对象的数学模型无明确的要求，但是，需要注意：模糊控制器对已知被控对象的数学模型无明确的要求，并不是在对受控对象无了解的情况下提出的[4~6]。恰恰相反，它仍然需要对受控对象有一定的了解，只不过它们是以知识的模型的形式而并不是用数学模型表达的。所以，在直流电动机中应用模糊控制对现代生活有着重大的意义，也是一个新的里程碑。1.1本课题研究的背景和意义随着时代的发展，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[

4、7]。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的一部分。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不是很理想，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。本科毕业设计说明书（论文）第27页共27页在某些情况下，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

5、标准。直流电动机本身是一个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。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

6、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。1.2研究的方法和内容本次设计是在直流电动机的调速系统中引入了模糊控制，通过直流电机的PID控制与直流电动机的模糊控制相比较。此次论文的主要内容有：通过阅读国内国外大量文献，了解下时代背景和发展趋势，并且了解下模糊控制的由来和发展。在对这些知识的了解下，初步的了解模糊控制的应用、特点以及发展趋势。接着进一步深入的研究模糊控制系统以及模糊控制器的相关知识，并且建立直流电机的PID控制的仿真和模糊控制的仿真运行并分析。通过将

7、两种控制方式仿真出的结果相比较，更好的了解了模糊控制的相关知识。1.3本章小结本章简单的描述了下直流电机的发展以及本课题的研究背景和意义，并且讲述了本课题需要做的工作。本科毕业设计说明书（论文）第27页共27页2模糊控制概述模糊控制有着悠久的发展历史，由许多知识人士不断地研究，最后他们的研究成果留了下来，使我们对模糊控制可以有更深入的了解。2.1模糊控制的起源随着科学技术的不断发展和生产工业要求的不断提高，使得现代控制理论不断完善。现代控制理论得到了成功的应用，并且成功的解决了多输入与多输出、线

8、性或非线性、定常系统的控制问题。可是在某些情况下需要得到被控对象的精确模型，但是由于各种因素被控对象的精确模型无法得到，所以对于这种情况和现象我们就很难进行自动控制。与此相反，在生产过程中有经验的操作人员通过不断地学习、积累操作经验之后，使用手动控制却可以使得一些上面难以自动控制的生产过程得到良好的控制。这些经验是操作人员长时间接触被控对象后对被控对象的了解；平时在生产过程中，遇到突发情况时采用的控制方法；还有一些性能指标判据。上面这些具有模糊性的信息是通过语言的形式定性的表达出来的。模糊这个定