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1、·2·2002年第5期《电机电器技术》·电机电器技术·基于模糊控制的直流电机调速系统MATLAB仿真贾东耀,曾智刚(广东工业大学,广州市510090)摘要:采用Fuzzy-PI控制策略进行直流电机的调速系统设计,它克服了简单模糊控制和传统PI控制的一些缺点,同时利用MATLAB软件中的工具箱进行系统的辅助设计、仿真,达到了较好的效果。关键词:Fuzzy-PI;MATLAB;电机调速ComputerSimulationinDCMotorSpeed-ControllingSystemBasedonFuzzyControlJIADong-yao,ZENGZhi-gang(Guangd
2、ongUniversityofTechnologyGuangzhou510090)Abstract:ThispaperintroducesFuzzy—PIcontrolstrategyonDCRotateSpeedSystemdesign.ThismethodovercomessomedefectsofsimplyfuzzycontrolandtraditionalPIcontrol,thengivesoneexampleofhowtodesignandsimulatethesystembyusingthesoftwareMATLAB.Keywords:Fuzzy-PI;MAT
3、LAB;Motortiming1引言得:近年来,模糊控制研究非常活跃,并在许多领域did1T1+id=(Ud0-Cen)(2)dtRd获得了应用。由于其最大优点是不依赖于被控对象式中n为电机的输出转速,T1为电机的电磁时的精确数学模型,能够克服非线性因素的影响,对调间常数,Ce为电机常数。节对象的参数变化具有较强的鲁棒性,因而在电力电机的电磁转矩T、负载转矩Tl与电枢电流之拖动领域中的应用亦非常广泛。本文采用模糊控制间存在着如下的关系:与常规PI控制相结合,应用到直流电机的调速,克T=CMidTl=CMIl服了模糊控制精度不高的缺点,并且利用MATLAB这里CM为电机常数,Il
4、为负载转矩引起的电枢软件进行仿真,达到了较好的效果。电流。2直流电机模型的建立dn直流电机工作状态如图1所示。另一方面,由电机的力矩方程有:T-Tl=Jdt即有:Jdn=id-IlCMdt对上述方程进行拉氏变换得:图1直流电机模型1/RId(S)=[Ud0(S)-CeN(S)](3)TlS+1假设电机电流连续,则满足JJRdidSN(S)=Id(S)-Il(S),令Tm=,上式即L+Rdid+E=Ud0(1)CMCmCedt为:式中Rd为电枢回路的电阻,L为电枢回路的电R/Ce感,E为反电动势。当激励电压为常数时,E与转速S(N)=[Id(S)-Il(S)](4)TmSLn成正
5、比E=Cen,将E带入前式,并令T1=,则可从而得出直流电机的动态结构图如图2所示。Rd·电机电器技术·《电机电器技术》2002年第5期·3·应用非常广泛。然而由于常规模糊控制相当于PD控制,不具有积分环节,因而在模糊控制的系统中又很难完全图2直流电机动态结构图消除稳态误差,而且在变量分级不足够多的情况下,3系统结构常常在平衡点附近会有小的振荡现象。基于这种考虑,针对直流电机调速系统采用FUZZY-PI控制策模糊控制器由于其不依赖于对象的数学模型,略。系统结构图如图3所示。具有较强的鲁棒性,并且控制简单,在电机调速领域图3FUZZY-PI控制直流电机系统框图系统采用常用的双闭环
6、调速,内环为电流环,采其中Ki、τi的求取采用传统的双闭环设计方法,用PI调节,转速环则为FUZZY-PI共同作用。当偏这里不再赘述。差e大于某一阈值时,采用模糊控制,提高系统的响4.2转速环设计应速度,而当偏差减小到设定阈值以下时,系统切(1)模糊控制换,改为PI调节,从而消除模糊控制难以克服的稳设切换阈值为Uc,当
7、e(t)
8、>Uc时,采用模糊控态误差。制。模糊控制器的输入为E和EC,输出为U,设定量4控制规则设计化论域E={-10,⋯,10},EC={-1,0,1},U={-10,4.1电流环设计⋯,10}。考虑实现的快速性,模糊语言子集E与U均电流环设为典型Ⅰ型系统,传
9、递函数为:为{NB(负大)、NM(负中)、NS(负小)、ZE(零)、PS(正Ki(τiS+1)小)、PM(正中)、PB(正大)},而EC取{N(负)、ZEWACR(S)=τiS(零)、P(正)}。其中E、U的隶属函数如图4所示。图4输入E与输出U的隶属函数这样可使得在偏差e较大时,能够提高系统的表1模糊控制规则集响应速度,加快响应过程。而当偏差减小时,提高系EECNBNMNSZEPSPMPB统的阻尼特性,减小响应过程的超调。NNBNBNMNSZEPMPB由经验得出控制规则如表1。ZENBNB
