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1、基于MATLABöSIMULINK直流电机调速系统模糊控制的建模与仿真收稿日期:2002-02-21基于MATLABöSIMULINK直流电机调速系统模糊控制的建模与仿真MATLABöSIMULINK-BasedModelingandSimulationforFuzzyControlSystemofDcMotor张晶曾宪云ZhangJingZengXianyun(广东工业大学自动化学院广州510090)(FacultyofAutomation,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou,510090)摘要论述了一种
2、基于MATLAB语言的直流电机模糊控制仿真系统,通过MATLAB语言中SIMULINK模块和模糊控制工具箱实现模糊控制仿真。关键词SIMULINK电机模糊控制1引言2SIMULINK下直流调速系统仿真模型的实现计算机仿真技术是应用电子计算机对研究对象的直流电机模糊控制系统结构图如图1所示。数学模型进行计算和分析的方法。对于从事控制系统研究与设计的技术人员而言,MATLAB是目前控制系统计算机辅助设计实用且有效的工具。这不仅是因为它能解决控制论中大量存在的矩阵运算问题,更因为它提供了强有力的工具箱支持。与控制系统直接相关的工具箱有控制系统、系统辨识、信息处
3、理、优化图1模糊控制直流电机系统框图等。还有一些先进和流行的控制策略工具箱,如鲁棒控制、u-分析与综合、神经网络、模糊预测控制、非由图1可见,电机直流调速系统的过程为:由测线性控制设计、模糊逻辑等。可以说目前理论界和工速发电机输出电压中取出转速负反馈电压,与给定电业界广泛应用和研究的控制算法,几乎都可以在压进行比较得到的偏差和偏差变化率送给模糊控制MATLAB中找到相应的工具箱。器。由模糊控制器计算出电机控制量,送给电机,实同时,MATLAB软件中还提供了新的控制系统模现电机的转速控制。型输入与仿真工具SIMULINK,它具有构造模型简单、在MAYLAB
4、下运行SIMULINK,由于它面向结动态修改参数实现系统控制容易、界面友好、功能强大等构图模型,所以创建动态结构模型如图2所示:优点,成为动态建模与仿真方面应用最广泛的软件包之一。它可以利用鼠标器在模型窗口上“画”出所需的控制系统模型,然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真或分析,从而使得一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。将SIMULINK用于电机系统的仿真研究近几年逐渐成为人们研究的热点。本文以此为基础,运用模糊逻辑控制,建立了电机控制系统的仿真模型,并通过了可靠的仿真实验。12图2直流电机模糊控制动态结构图《现代电子技术》2002年第
5、4期总第135期仿真与测试学模型。3SIMULINK下各子系统的实现(2)SIMULINK下电机仿真模型的建立系统基本参数如下:根据上述数学模型及给定参数,建立如图3所示Ue=220V;Ie=53A的仿真模型。Ne=1460römin;L=01015HR=0158;Ce=011322GD=22145;CM=30öPI3Ce固定转矩为67。311电机模型的实现(1)电机数学模型额定励直流电机电枢回路电压平衡方程式为:dIdUd0-E=RId+L图3直流电机仿真模型dt(3)电机仿真模型正确性的验证dId=R[Id+T1](1)dt电机额定电压为220V,所
6、以如果给电机加上式中:T1=LöR为电枢回路电磁时间;220V的阶跃信号,电机转速应为1460römin左右。仿E=Cen为额定励磁下电动机的反电动势;真结果如图4所示。在零初始条件下对(1)式进行拉氏变换得Ud0(S)-E(S)=RId(S)(1+T1S)整理后,可得传递函数:Id(S)1öR=Ud0(S)-E(S)T1S+1忽略粘性摩擦,转矩平衡方程式为:2CDdnTe-Tl=õ375dt式中Te=CmId为额定励磁下的电磁转矩;Tl=CmIl是包括电机空载转矩在内的负载转矩,Il为负载电流;图4额定电压下电机的转速2CD为电力拖动系统部分折算到电动
7、机轴上的飞所以该电机模型是正确的。轮惯量;312模糊控制器的设计Te30Cm==Ce为电动机额定励磁下的转矩电流采用MATLAB中模糊推理系统工具箱来编辑模IdP糊控制器,下面简述编辑过程:比;(1)模糊集合的编辑和运算在MATLAB命令把Te、Tl代入上式并整理得:22窗口键入fuzzy来运行模糊推理工具箱,系统就弹出CDdnCDR1dEId-Il=õ=õõ375Cmdt375CmCeRdt一个模糊逻辑编辑器,在FILE菜单下选择是采用TmdEMamdani型还是Sugeon型模糊控制器。本设计选用=õRdtMamdani型。在EDIT下添加输入和输出
8、,分别为偏2CDR式中Tm=为电力拖动系统的机电时间常数。差E和偏差变化率C以及
