基于模糊控制的直流电机PWM调速系统
直流电机基于PID控制的PWM调速系统
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调速原理对于星形连接的三相无刷直流电机,在理想条件下,任何时刻只有两相定子绕组通电。
令加在两相通电绕组上的平均电压为Vd,则电压平衡方程式为[31]:(3.1)可以得到转速为:(3.2)式中:Em为电机各相反电动势;Im为各相相电流;n为无刷直流电机转速;R为回路等效电阻,包括电机两相电阻和管压降的等效电阻。
由式(3.2)可知,无刷直流电机的转速调节可以通过改变外施平均电压Vd来实现。
3-4-2电枢电压的调节方法改变电枢电压是直流调速的主要方法。
本系统采用PWM(脉宽调制)调速方式,通过调节逆变器功率器件的PWM触发信号的占空比来改变外施的平均电压Vd,从而实现无刷直流电机的调速。
PWM技术可分为单极性PWM控制和双极性PWM控制。
单极性PWM控制的控制信号如图3.4所示,在每个60°电角度的区域内,一个功率开关器件一直处于开通状态,另一个处于PWM状态;双极性PWM控制的控制信号如图3.5所示,在每个60°电角度区域内,两个工作的功率管器件或者都开通,或者都关断。
图3.4单极性PWM控制各触发信号图3.5双极性PWM控制各触发信号Fig.3.4Trigger signal of single polarity PWM Fig.3.5Trigger signal of double polarity PWM一般情况来说,采用单极性PWM控制的电流波动最大值只有采用双极性PWM控制的电流波动最大值的一半[32][33],因此为了减小电流脉动和功率管的开关损耗,本电机控制系统采用单极性的PWM控制技术。
3-4-3 PWM波的产生在传统的单片机控制系统中,PWM波的产生需要专门的发生电路和时间延时(死区)电路,增加了CPU的开销,并降低了系统的稳定性。
而TMS320F2812的PWM电路设计可以减少产生PWM波形的CPU开销和减少用户的工作量,同时能尽量减小功率开关器件的损耗,降低电动机转矩脉动性。
基于模糊控制的直流无刷电机调速系统
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因此 ,参 数 自调整 的一般 原则为: 当偏 差或偏差
变 化 率 较 大 时 , Ke和 Kc c取 较 小 值 , Ku取 较 大 值 ,这 样 可 以保 证 系 统 的快 速 性 和 稳 定 性 ; 当 偏 差 或 偏 差 变 化 率 较 小 时 ,Ke Ke 取 较 大 值 ,Ku 和 c
减小 ,这样 可以避免产生 超调, 并使 系统尽快进
引 P 引脚可输 出高达 1 言 RC / 2 CC I 0位的脉宽 调制波
传 统 PI 控 制 的 电 机 调 速 系 统 技 术 成 D 构简 单,较稳定可 靠,应用较 为广泛、但 一些缺 点,例如 无法有效地 克服传动对象 参 数 的 大 范 围 变 化 以 及 非 线 性 因 素 对 系统 熟,结 也存在 和负载 造成的
将 输 人 变 量 模 糊 化 (u zf a in)后 进 行 模 糊 f zii to c
设
计
新
苑
推理,产生相 应的 P WM 信号 从 RC /C P 引 .2 C I
脚 输 出 。图 1中 ,当 RC /CCPI 出 低 电平 时 , 2 输 六 只 M OS ET仍 受 RA 口控 制 进 行 电动 机 的 正 F 常 换 相 ; 当 RC2 CCPI 出 高 电 平 时 , 下 半 部 / 输 的 二 只 M OS T 被 封 死 。 因 此 , 只 需 对 RC2 FE / CC 的 输 出进 行 PWM 控 制 ,就 可 以控 制直 流 PI 无刷电动 机的转速 。整 流电路 的输 出除提供 给 直 流 电 动 机 电 源 外 ,还 通 过 DC-DC变 换 器 获 得 5 V电 源 提 供 给 单 片 机 。 统 设 置 一 个 2 的 DI 系 位 P 开 关, 于选 择给定转 速, 四个不 同的给定转 用 有 速 供 选 择 , 以 满 足 不 同运 行 状 态 和 不 同 额 定 转 速 的 电 动 机 ;按 键 Kl 于 显 示 给 定 转 速 ,按 下 用
基于模糊控制的电机速度调节方法
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基于模糊控制的电机速度调节方法电机是现代工业生产中不可或缺的关键设备之一,其速度的稳定调节对于生产制造过程具有重要意义。
在传统控制方法中,PID控制是一种常用的调节方法,然而,由于电机系统的非线性、参数变化等特点,PID控制往往难以实现较好的性能。
模糊控制方法因其较强的自适应性和鲁棒性,逐渐成为电机速度调节的有效手段之一。
本文将介绍基于模糊控制的电机速度调节方法,并分析其原理和实施步骤。
一、模糊控制原理模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法,其特点是能够处理模糊不确定的系统。
在电机速度调节中,模糊控制通过建立模糊推理规则,将输入变量与模糊化的输出变量进行模糊逻辑运算,从而得到控制信号。
二、模糊控制的实施步骤1. 系统建模与输入输出定义首先需要建立电机系统的数学模型,并将输入(例如电机电流、扭矩)和输出(电机速度)进行定义和归一化处理。
2. 设计模糊化函数和模糊推理规则模糊化函数将输入和输出变量进行模糊化,将连续的输入输出域映射到模糊集合上。
模糊推理规则可以通过专家经验或者试验数据来确定。
3. 建立模糊控制规则库根据系统的特点和目标性能,建立一套完整的模糊控制规则库,包括输入变量、输出变量以及对应的模糊推理规则。
4. 运行模糊推理和解模糊通过输入变量的模糊化,通过模糊推理规则进行推理,生成模糊化的输出变量。
然后进行解模糊化,将模糊变量映射为具体的控制信号。
5. 系统辨识与参数调整模糊控制系统需要经过辨识和参数调整过程,以满足实际控制需求。
可以使用系统辨识方法进行模型参数的估计,并通过试验数据对模糊控制器进行参数调整。
6. 仿真与实验验证在控制器设计完成后,进行仿真和实验验证,评估控制器的性能。
根据控制系统的需求,对模糊控制器进行调整和优化。
三、模糊控制在电机速度调节中的应用模糊控制在电机速度调节中有着广泛的应用。
通过模糊控制的自适应性和鲁棒性,可以有效地应对电机系统参数变化、外界干扰等问题。
1. 静态误差补偿通过模糊控制的灵活性,可以有效地补偿系统的静态误差。
基于模糊控制的直流电机速度调节系统设计
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基于模糊控制的直流电机速度调节系统设计直流电机是现代工业中常用的一种电动机类型,广泛应用于各种机械设备中。
为了满足对直流电机速度的调节要求,设计一个基于模糊控制的直流电机速度调节系统是非常必要的。
本文将详细介绍这个任务名称所描述的内容需求。
一、系统设计目标基于模糊控制的直流电机速度调节系统设计的目标是实现对直流电机转速的精确控制。
通过调节系统输入信号,控制直流电机的转速在给定的范围内保持稳定。
系统的设计应具备以下几个关键特点:1. 高精度:系统能够实现对直流电机转速的高精度控制,达到期望的转速值。
2. 高鲁棒性:系统能够应对外界干扰和模型参数不确定性,保持稳定的控制性能。
3. 快速响应:系统能够快速响应转速设定值的变化,并迅速稳定在新的转速值上。
4. 低震荡性:系统在控制过程中要尽量减小震荡和抖动,确保电机的稳定运行。
二、系统组成与原理基于模糊控制的直流电机速度调节系统主要由以下几部分组成:1. 传感器:用于实时监测直流电机的转速,并将转速信号反馈给控制系统。
2. 控制器:根据转速设定值和转速反馈信号,计算控制信号,调节直流电机的转速。
3. 功率放大器:将控制信号转化为直流电机的驱动信号,控制直流电机的运行。
4. 模糊推理系统:利用模糊逻辑来实现对转速设定值和转速误差的模糊推理和控制决策。
系统的工作原理如下:1. 传感器实时监测直流电机的转速,并将转速信号送入模糊控制系统。
2. 模糊推理系统根据转速设定值和转速反馈信号,通过模糊逻辑运算得到模糊控制规则。
3. 根据模糊控制规则,控制器生成控制信号,根据需要调节直流电机的转速。
4. 控制信号经过功率放大器转化为直流电机的驱动信号,控制直流电机的运行。
5. 反复进行转速监测、模糊推理和控制信号调节的过程,使直流电机保持稳定的转速。
三、系统设计步骤基于模糊控制的直流电机速度调节系统的设计步骤如下:1. 确定系统的性能要求:根据实际需求,确定直流电机转速的范围、精度要求等关键性能指标。
基于模糊控制算法的电机速度调节系统设计
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基于模糊控制算法的电机速度调节系统设计一、简介电机速度调节是工控领域中常见的控制问题之一。
本文基于模糊控制算法,设计了一个电机速度调节系统。
通过模糊控制算法,可以有效地控制电机的转速,提高系统的稳定性和响应速度。
本文将详细介绍电机速度调节系统的设计流程和关键步骤。
二、系统设计流程1. 系统建模首先,需要对电机系统进行建模。
根据系统的物理特性和控制要求,选取合适的数学模型来描述电机的动态特性。
常见的电机模型包括直流电机模型、交流感应电机模型等。
根据实际需求选择合适的电机模型,并进行参数估计。
2. 设计输入输出变量确定电机速度调节系统的输入输出变量。
输入变量通常为电机驱动电压或电流,输出变量为电机转速。
根据需要,还可以考虑其他辅助变量,如电机加速度、转矩等。
3. 模糊控制器设计设计模糊控制器是电机速度调节系统的关键步骤。
模糊控制器的任务是根据输入变量的模糊信息和输出变量的控制要求,生成合适的控制信号。
通常,模糊控制器由模糊规则库、模糊推理机和输出解模糊器组成。
其中,模糊规则库用于存储专家知识,模糊推理机根据输入变量的模糊信息和规则库进行推理,输出解模糊器将推理结果转换为具体的控制信号。
4. 性能评估和参数调优设计完成后,需要对系统性能进行评估和参数调优。
通常采用仿真和实验的方式进行性能评估。
通过调整模糊控制器的参数,使得系统的稳定性、响应速度和抗干扰能力达到最优。
三、关键技术和挑战1. 模糊规则库设计模糊规则库存储了专家知识,对于系统的性能起着关键作用。
规则库的设计需要根据实际情况进行,需要具有一定的经验和调试。
若规则库设计不当,会导致系统性能下降或不稳定。
2. 模糊推理机设计模糊推理机是模糊控制器的核心部分,对于系统的控制效果起着决定性作用。
推理机的设计需要考虑模糊化、聚类、规则匹配等处理步骤,并选择合适的推理方法。
推理机的设计需要充分考虑系统的动态特性和控制要求,以达到最佳效果。
3. 参数调优参数调优是确保系统性能优化的关键步骤。
基于模糊控制的直流电机调速系统研究
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基于模糊控制的直流电机调速系统研究直流电机广泛应用在工程领域中,因其结构简单、容易传动,而且不需要高压力,能量损失小,控制方便等特点,特别是在自动化控制的领域中,被广泛应用。
直流电机控制的关键是调速控制。
在传统的调速系统中,常使用PID控制器。
但是PID控制器在实际应用中存在着参数难以调节和多变量控制问题,其调节参数和响应速度都比较缓慢,控制精度也不高。
因此,一种更先进的控制方法是模糊控制。
模糊控制作为一种新兴的控制方法,其基本思想是将自然语言中含有模糊性的描述通过量化的方式转换成一定的数学模型,然后利用模型对以前经验进行归纳和总结,来实现控制。
模糊控制将实际工程领域的控制对象和控制系统进行了有效的集成,能够有效地克服常规控制策略中的不足,并取得良好的控制效果。
本文的研究对象是基于模糊控制的直流电机调速系统。
文章分为以下几个章节:一、直流电机调速原理与方法在直流电机调速中,电源电压和电机负载通常是一个不确定的变量,所以我们需要一个能够自适应负载变化的控制器。
PID控制器是传统的调速控制器,但由于其参数难以调节和多变量控制问题,所以模糊控制逐渐被应用和发展。
二、模糊逻辑控制器设计模糊逻辑控制器的设计需要包括输入变量、输出变量、模糊化、规则库、推理机和解模糊等几个方面。
其中,输入变量有直流电机速度误差和误差变化率两个量;输出变量为直流电机控制信号。
将输入量通过模糊化变为隶属度函数,再针对性地选择规则库和隶属度函数,使用Min-Max合成或Mamdani合成等模糊推理方法,输出的模糊控制信号最终以解模糊过程得到实际控制信号。
三、模型运行仿真结果分析在模型仿真中,我们设置调速速度范围并进行仿真验证。
通过对仿真的结果进行分析,可以发现,模糊控制具有优秀的实时性和适应性,能够更快地控制电机转速,并且具有较高的控制精度和鲁棒性。
四、模型参数优化模糊逻辑控制器的优化需要对隶属函数、规则库、推理方法和解模糊方法等方面进行研究。
基于模糊免疫PID控制的力矩电机PWM调速系统
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24 6
海 军 航 空 工 程 学 院 学 报
第 2 卷 5
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第2 5卷 第 3期 21 0 0年 5月
海 军 航 空 工 程 学 院 学 报
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PD控 制能够 比传统 PD控制能更加有效地提 高系统 的响应速 度 , 有 良好的抗干扰能力 , I I 具 提高 了系统运行的稳
电子论文-采用模糊控制的直流电机软启动及调速系统
![电子论文-采用模糊控制的直流电机软启动及调速系统](https://img.taocdn.com/s3/m/7fcf170d4a7302768e99393d.png)
文章编号:1009-3486(2007)05-0073-04采用模糊控制的直流电机软启动及调速系统①孟凡友1,王启兴2,让余奇1,吴 强1(1.海军工程大学电气与信息工程学院,武汉430033;2.海军驻434厂军事代表室,广西柳州545006)摘 要:介绍了以单片机为核心的直流电机软启动及调速系统,系统采用模糊控制策略,将转速偏差与偏差率模糊化并作为模糊控制器的输入量,根据所制定的模糊控制规则生成控制量。
实验结果表明,该系统启动时间可以根据需要调整,具有良好的静态和动态性能。
关键词:模糊控制;单片机;软启动;调速中图分类号:TM33 文献标志码:ADC motor soft startup and variable speed system with f uzzy controllerM EN G Fan 2you 1,WAN G Qi 2xing 2,RAN G Yu 2qi 1,WU Qiang 1(1.College of Elect rical and Information Engineering ,Naval Univ.of Engineering ,Wuhan 430033,China ;2.Naval Representative Office in Plant No.434,Liuzhou 545006,China )Abstract :This paper int roduces a DC motor soft start up and a variable speed system based on t he sin 2gle chip.This system adopt s t he f uzzy cont rol strategy and uses rotate speed error and error variabili 2ty as f uzzy state variables.The cont rol variables are p roduced according to a set of f uzzy rules.The experiment result s show t hat t he start up time can be adjusted as required and t he cont roller has good static and dynamic characteristics.K ey w ords :f uzzy cont rol ;single chip ;soft start up ;variable speed在电机控制过程中,使用调节器必须根据受控对象的数学模型,应用控制理论正确调节调节器的各个参数才能取得好的效果。
基于PWM控制直流电机自动调速系统设计
![基于PWM控制直流电机自动调速系统设计](https://img.taocdn.com/s3/m/70fd06a5ec3a87c24128c414.png)
1 绪论1.1 课题的研究背景和意义直流电动机是最早出现的电动机,也是最早能实现调速的电动机。
长期以来,直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。
由于它具有良好的线性调速特性,简单的控制性能,高的效率,优异的动态特性;尽管近年来不断受到其他电动机(如交流变频电机、步进电机等)的挑战,但到目前为止,它仍然是大多数调速控制电动机的优先选择。
近年来,直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化。
随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元件的不断出现,使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制 (PulseWidthModulation,简称PWM)控制方式已成为绝对主流。
这种控制方式很容易在单片机控制中实现,从而为直流电动机控制数字化提供了契机。
五十多年来,直流电气传动经历了重大的变革。
首先,实现了整流器件的更新换代,从50年代的使用己久的直流发电机一电动机组(简称G-M系统)及水银整流装置,到60年代的晶闸管电动机调速系统(简称V-M系统),使得变流技术产生了根本的变革。
再到脉宽调制 (PulsewidthModulation)变换器的产生,不仅在经济性和可靠性上有所提高,而且在技术性能上也显示了很大的优越性,使电气传动完成了一次大的飞跃。
另外,集成运算放大器和众多的电子模块的出现,不断促进了控制系统结构的变化。
随着计算机技术和通信技术的发展,数字信号处理器单片机应用于控制系统,控制电路己实现高集成化,小型化,高可靠性及低成本。
以上技术的应用,使系统的性能指标大幅度提高,应用范围不断扩大。
由于系统的调速精度高,调速范围广,所以,在对调速性能要求较高的场合,一般都采用直流电气传动。
技术迅速发展,走向成熟化、完善化、系统化、标准化,在可逆、宽调速、高精度的电气传动领域中一直居于垄断地位[1]。
目前,国内各大专院校、科研单位和厂家也都在开发直流数字调速装置。
姚勇涛等人提出直流电动机及系统的参数辨识的方法。
该方法依据系统或环节的输入输出特性,应用最小二乘法,即可获得系统或环节的内部参数,所获的参数具有较高的精度,方法简便易行。
基于PWM控制的直流电机自动调速系统设计
![基于PWM控制的直流电机自动调速系统设计](https://img.taocdn.com/s3/m/3823502eb94ae45c3b3567ec102de2bd9605de27.png)
基于PWM控制的直流电机自动调速系统设计一、引言直流电机是工业中最常见的电动机之一,其工作原理简单,结构紧凑,控制方便,广泛应用于各行各业。
为了满足不同工况下的运行需求,需要设计一个自动调速系统来调整直流电机的转速。
本文将基于PWM控制方法设计一个直流电机自动调速系统。
二、系统设计1.系统结构直流电机自动调速系统的基本结构包括传感器、控制器、电源和执行器。
传感器用于检测电机的转速,控制器根据检测到的转速信号进行处理,并通过PWM控制方法调整电机的输入电压,从而实现自动调速。
2.传感器选择直流电机的转速检测一般使用霍尔效应传感器来实现。
霍尔传感器可以直接测量电机转子的位置,并根据位置变化来计算转速。
传感器输出的信号经过放大和处理后,可以作为控制器的输入信号。
3.控制器设计控制器是整个自动调速系统的核心部分。
控制器接收传感器的转速信号,并通过PID算法对电机的转速进行调节。
PID算法是一种经典的控制方法,可以根据当前的偏差、偏差变化率和偏差积分值来计算控制量。
在本系统中,控制器输出的控制量即为PWM信号。
4.PWM控制方法PWM(Pulse Width Modulation)控制方法是一种通过调整脉冲宽度来控制输出电压的方法。
在本系统中,PWM控制方法可以通过改变PWM信号的占空比来调整电机的输入电压。
当需要提高电机转速时,增加PWM信号的占空比;当需要降低电机转速时,减小PWM信号的占空比。
通过反馈控制,控制器可以根据实际转速信号不断调整PWM信号的占空比,从而实现电机的自动调速。
5.电源选择在直流电机自动调速系统中,电源需要提供稳定的直流电压以供电机正常工作。
一般可选择线性稳压器或开关稳压器来提供所需的直流电压。
在选择电源时,需要考虑电机的功率和电源的效率,以确保系统的稳定性和可靠性。
6.执行器选择执行器是将控制信号转换为实际操作的部分。
在直流电机自动调速系统中,执行器可选择光耦隔离器和驱动芯片来实现PWM信号控制。
基于模糊自整定pid的直流电机调速系统研究
![基于模糊自整定pid的直流电机调速系统研究](https://img.taocdn.com/s3/m/4dbe0d740a1c59eef8c75fbfc77da26925c596fa.png)
独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名:签字日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。
特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。
同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。
(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:导师签名:签字日期:年月日签字日期:年月日中文摘要在集成有先进控制算法的直流驱动装置还没有大批量生产的情况下,本文将模糊控制理论引入直流调速系统,用模糊自整定PID控制器代替传统的固定参数PID控制器,将模糊控制与PID控制结合实现复合控制,最终在西门子S7-300系列PLC中用SCL语言实现,充分结合了PID控制和模糊控制各自的优点,扬长避短,满足了工业控制中对转速精度的高要求,提高了直流调速系统的快速性和鲁棒性,同时也保持了PID控制稳态精度高的优点。
论文首先对控制对象直流电机及其驱动单元建立了完整的数学模型,并结合MA TLAB/Simulink的仿真工具,对直流调速系统中的传统PID控制策略、模糊自整定PID控制策略相对于负载扰动、电机参数改变、电网电压变化时的系统控制性能进行仿真、对比研究。
通过对仿真结果进行比较,模糊自整定PID控制器的性能良好,具有良好的动态性能和稳态新能,并具有更强的抗干扰能力,对控制系统参数变化也表现出了更强的适应能力。
经过软件仿真之后,选择以直流电机作为实际控制对象,对直流电机调速系统进行了硬件系统设计和软件系统实现,并进行实际运行测试。
基于模糊自适应PID控制的永磁无刷直流电动机调速系统设计
![基于模糊自适应PID控制的永磁无刷直流电动机调速系统设计](https://img.taocdn.com/s3/m/ab45b71b4431b90d6c85c76c.png)
图 4仿 真结果 图 (= s秒时加入 负载,= s t3 t8 秒
时加 入 电 网扰 动 )
表 3 k 的模 糊控制规则表
z O P S 蹦 P B
从 图中可 以看 到 , 空载起 动时 , 糊 自适 模 应 PD控制系统的响应速度快 ,系统在加入负 I 载和电网扰动后 , 系统基本实现平稳 过渡, 运行 稳定 , 达到无静差控制 的目的 , 真效果较好。 仿
船 m Ⅲ ∞ ∞ Ⅲ 速系统进行仿真 ,在转速环用模糊 自适应 PD I 控制,通过模糊 自 适应 PD控制器的实时调整 I Ⅲ ∞ ∞ 功能在线改变 PD的参数 , I 电流环仍 采用 P 控 I m m 矾 聆 № ∞ 制 。系统结构图如图 3所示 :
下:
e\
NB
NM
NS
2 0
P s
P M
P B
图 3模糊 自适应 PD控 制器子 系统仿真图 I 仿真结果如图 4所示 。
f
控 制器 的输入 变量取 速度反馈 值和给定 转速值 的误差 e误差的变化 △ , 、 e输出变量取经 过调整后 的 PD的三个参 量 k,. 论域取为 I pk、 。 k 卜6 6 ,模 糊语言 变量选择 7个 : , NS ,] NB NM, ,
眦r te sse h y tm—md d d sg n smuain e e in a d i lt .Th i lto eut so t tte o e smuain rs ls h w ha h moo p e cnr lsse p r r n e c n b邶 mp oe . tr s e d o to ytm e oma c a e i v d f
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基于模糊控制的直流调速系统设计
![基于模糊控制的直流调速系统设计](https://img.taocdn.com/s3/m/471507560a1c59eef8c75fbfc77da26925c5963f.png)
基于模糊控制的直流调速系统设计一、引言直流调速系统是现代工业控制领域中广泛应用的一种电机调速方式。
通过改变电机的电压和电流,从而改变电机的转速,以达到控制电机输出功率的目的。
而模糊控制是一种基于模糊逻辑理论的控制方法,它可以处理模糊不确定性问题,在实际工程中得到了广泛应用。
本文将介绍基于模糊控制的直流调速系统设计。
二、直流调速系统原理直流调速系统主要由以下几个部分组成:功率源、整流器、滤波器、逆变器和负载等。
1. 功率源:直流调速系统中使用交流电源作为功率源,将交流电源通过整流器转换为直流电源供给逆变器。
2. 整流器:整流器主要作用是将交流电源转换为直流电源,常见的整形方式有单相半波整形、单相全波整形和三相桥式整形等。
3. 滤波器:滤波器主要作用是对整形后的脉动直流进行滤波处理,以获得更加稳定的输出信号。
4. 逆变器:逆变器主要作用是将稳定的直流电源转换为可调的交流电源,以控制电机的转速。
5. 负载:负载是指直流调速系统中需要控制的电机或其他设备。
三、模糊控制原理模糊控制是一种基于模糊逻辑理论的控制方法,它可以处理模糊不确定性问题,具有较强的鲁棒性和适应性。
模糊控制系统主要由以下几个部分组成:输入变量、输出变量、规则库和推理机等。
1. 输入变量:输入变量是指影响系统输出的各种因素,如温度、压力、湿度等。
2. 输出变量:输出变量是指控制系统输出的结果,如电机转速、温度等。
3. 规则库:规则库是由专家知识和经验构成的一组if-then规则,用于描述输入与输出之间的关系。
4. 推理机:推理机根据输入变量和规则库进行推理计算,并产生相应的输出结果。
四、基于模糊控制的直流调速系统设计基于模糊控制的直流调速系统设计主要包括以下几个步骤:1. 系统建模:根据直流调速系统原理,建立数学模型,并确定输入变量和输出变量。
2. 规则库设计:根据专家知识和经验,设计一组if-then规则,用于描述输入与输出之间的关系。
基于模糊控制算法的直流电机速度控制系统设计
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基于模糊控制算法的直流电机速度控制系统设计摘要:本文介绍了一种基于模糊控制算法的直流电机速度控制系统设计方案。
该系统采用模糊控制算法来实现对直流电机的速度控制,可以在不同的负载条件下实现稳定、高效的运行。
文章首先对直流电机的基本原理进行了介绍,然后对模糊控制算法进行了深入的分析和探讨,包括模糊控制系统的结构、模糊控制器的设计、输入输出的模糊化和去模糊化等方面。
接着,本文介绍了所设计的直流电机速度控制系统的硬件和软件实现方法,包括系统的硬件设计和控制算法的编程实现。
最后,通过实验验证了所设计的系统的性能和效果,结果表明该系统具有良好的稳定性和鲁棒性,可以满足直流电机在不同负载条件下的速度控制需求。
关键词:模糊控制;直流电机;速度控制;硬件设计;软件实现;实验验证。
Abstract:This paper presents a design scheme of speed control system for DC motor based on fuzzy control algorithm. The system uses fuzzy control algorithm to achieve speed control of DC motor, which can achieve stable and efficient operation under different load conditions. The article first introduces the basic principles of DC motor, and then analyzes and discusses the fuzzy control algorithm in depth, including the structure of fuzzy control system, the design of fuzzy controller, input and output fuzzy and de-fuzzification, etc. Then, this paper introduces the hardware and software implementation methods of the designed DC motor speed control system, including the hardware design of the system and the programming implementation of the control algorithm. Finally, the performance and effect of the designed system were verified through experiments. The results show that the system has good stability and robustness, and can meet the speed control requirements of DC motor under different load conditions.Keywords: Fuzzy control; DC motor; Speed control; Hardware design; Software implementation; Experimental verification.一、绪论随着现代工业的不断发展和自动化程度的提高,电机的控制和驱动技术越来越受到人们的关注。
基于模糊控制的直流电动机调速系统设计
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基于模糊控制的直流电动机调速系统设计随着现代化科技的发展,电机已经成为了各种工业设备、机器和家电产品的核心部件。
因此,电机的控制成为了现代化工业自动化的重要组成部分。
直流电动机是一种常见的电动机,其控制及调节系统一直是研究的热点。
在这篇文章中,我们将会讨论基于模糊控制的直流电动机调速系统设计。
1. 直流电动机调速系统简介直流电动机是由直流电源供电的电动机。
它们具有很强的可控性,使它们成为各种领域的重要部件。
直流电动机调速系统是根据旋转速度的要求来控制电机转动,实现理想的控制效果。
直流电动机调速系统以电机转速为闭环反馈量,采用先进的控制算法来控制电机的速度和位置,这样就会有非常稳定和准确的转速表现。
2. 模糊控制的基本原理模糊控制是一种常见的控制算法。
相较于其他控制算法,模糊控制具有更高的容错性和易用性。
模糊控制将控制器本身视为一种系统,并利用了一定的人工智能技术来实现控制。
通过将控制器的输入和输出描绘成“模糊集”,用“模糊关系”方法进行计算,得到控制量,从而实现对对象的控制。
3. 直流电动机调速系统基于模糊控制的设计基于模糊控制的直流电动机调速系统主要由以下几个方面组成:3.1 控制系统结构设计控制系统结构设计是调速系统的核心。
其主要通过计算机控制来实现直流电动机的控制。
这一系统中,电机的转速是反馈控制量。
控制器的输出是电机的控制信号。
通过采集电机转速信号,与目标速度进行比较,利用模糊控制来产生电机控制信号。
这样就能实现对电机转速的准确控制。
3.2 模糊控制器设计模糊控制器是基于模糊逻辑的控制器。
它可以将复杂的问题转化为模糊的控制规则,利用人工智能来模拟人脑的思考过程,产生具有鲁棒性和应变能力的控制信号。
具有模糊控制特性的系统优点在于能够应对控制对象的不确定性和模糊性。
3.3 直流电动机调速系统中的变频器调速器是直流电动机调速系统中的关键组件。
在现代化制造业中,变频器已经成为了控制技术的代表之一。
基于模糊PID控制的直流电机调速系统
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基于模糊PID控制的直流电机调速系统赵正黎;于惠钧;张发明;谷雅琼【摘要】The traditional DC speed regulation can not overcome nonlinear factors and is hard to meet certain occa-sions control requirements of high precision and high performance puts forward, the DC motor speed control system based on fuzzy PID control . Introdues the theory and characteristics of fuzzy control, analyzes the control principle of the fuzzy PID controller, determines variables of fuzzy anguage and sub-ordinative functions, and stipulates the methods of fuzzy rules and inverse fuzzy. Finally, the modeling and simulation are made with Matlab/Simulink, the result shows that the DC motor speed control applying fuzzy PID control has better control precision and robustness than traditional methods,and it also improves dynamic and static performance of electrical motor.%针对传统直流调速不能有效克服非线性因素,难以满足某些特定场合对高精度、高性能的控制要求,提出了基于模糊PID控制的直流电机调速系统。
基于某模糊控制地直流电机调速系统
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毕业设计作者签名:导师签名:签字日期:目录摘要 (I)A BSTRACT............................................................ I I 第一章绪论 (1)1.1论文的背景及意义 (1)1.2国内外研究现状及发展展望 (1)1.3本文研究的主要内容 (2)第二章直流电机 (3)2.1直流电机简介 (3)2.2直流电机结构 (3)2.2.1 定子 (4)2.2.2 转子 (4)2.3直流电机工作原理 (5)2.4直流电机调速原理 (6)第三章模糊控制概论 (8)3.1模糊控制理论 (8)3.2模糊控制与PID控制对比 (9)3.3模糊控制原理 (11)3.3.1 模糊控制的基本原理 (11)3.3.2 模糊控制器设计方法 (11)第四章MATLAB中模糊应用及仿真 (13)4.1用MATLAB编辑模糊控制器 (13)4.2结合本设计巧用MATLAB (13)4.2.1 模糊推理的五个步骤 (13)4.2.2 模糊逻辑工具箱的使用 (14)4.3在MATLAB中用查询表法仿真 (18)4.3.1 建立查询表法仿真模型 (18)4.3.2 模型仿真输入输出信号对比 (19)第五章软件算法设计 (20)5.1模糊控制算法设计 (20)5.1.1 选取模糊控制器 (20)5.1.2 选取合适的模糊子集进行模糊化 (20)5.1.3 建立模糊规则表 (22)5.1.4 模糊推理 (23)5.1.5 去模糊化 (24)5.1.6 模糊控制表 (24)5.2软件编程 (25)5.2.1 核心模糊算法 (25)5.2.2 霍尔元件测速 (26)5.2.3 电机速度数码管显示 (26)第六章硬件电路设计 (28)6.1器件选型 (28)6.1.1 主控芯片AT89C51 (28)6.1.2 晶振电路与复位电路 (31)6.1.3 L298N电机驱动模块 (33)6.1.4 LED数码管显示电路 (34)6.1.5 霍尔元件测速 (34)6.2 PROTUES硬件仿真 (35)6.2.1 测速模块仿真 (35)6.2.2 调速模块仿真 (36)总结与展望 (39)参考文献 (41)致谢 (42)附录A 外文文献及其译文 (43)附录B:毕业设计任务书............................ 错误!未定义书签。
基于模糊PID控制的直流电机调速系统设计
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基于模糊PID控制的直流电机调速系统设计王赫;刘松斌;王梦谦【期刊名称】《自动化技术与应用》【年(卷),期】2017(036)007【摘要】Aiming at DC motor contain nonlinear factors such as elastic or gaps during the process of dragging the load,the traditional PID parameter controller is difficult to meet the requirements of system performance index.In this paper,a fuzzy PID controller based on DSP isproposed.Through a serial port communication protocol based on LabVIEW the serial communication between PC and LabVIEW is realized,and the data reads,sends and order control areachieved.Firstly,DSP development board and DC motor drive circuit independently are designed and producted to build a closedloop control ing fuzzy self-tuning algorithm optimizes PID parameters online.Take MATLAB simulation and hardware experiment test respectively.The date through LabVIEW PC interface are observed.The experiments show that the fuzzy self-tuning PID controller can greatly improve the system performance of speed adjustment,and the motor speed control precision is less than 1%.%针对直流电机在负载拖动过程中受到弹性或间隙等非线性因素的影响,使得传统固定PID参数调节器难以达到系统性能指标要求,设计了以DSP处理器为核心的智能调速系统,引入自适应模糊PID控制算法实时整定控制参数.基于LabVIEW的串口通信协议进行PC机与LabVIEW之间的串行通信,实现了数据的发送、读取,命令控制等功能.自主设计直流电机驱动电路及DSP处理器开发板,构建闭环控制系统,采用模糊自整定算法实现PID参数在线优化.分别对系统进行MATLAB仿真实验以及硬件测试实验,通过LabVIEW上位机界面进行数据观察,结果表明自适应模糊PID调节器能大大提高系统调速性能,电机调速精度可达1%.【总页数】4页(P52-55)【作者】王赫;刘松斌;王梦谦【作者单位】东北石油大学,电气信息工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学,电气信息工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学,电气信息工程学院,黑龙江大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TM33【相关文献】1.基于模糊PID控制的直流电机调速系统 [J], 赵正黎;于惠钧;张发明;谷雅琼2.基于自适应模糊PID控制的无刷直流电机调速系统 [J], 杜娟;郭中华;马华杰;3.基于模糊PID控制器的无刷直流电机调速系统 [J], 王宏民;全吉男;白玉成4.基于模糊PID控制的无刷直流电机调速系统研究 [J], 孙辉安;邱今胜;滑文山;陈静5.基于模糊PID控制的直流电机调速算法 [J], 张雅娟因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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基于模糊控制的直流电机PWM调速系统 2006.№1 66基于模糊控制的直流电机PWM调速系统李 勇,罗隆福,许加柱,李 季(湖南大学电气与信息工程学院,湖南 长沙 410082)[摘 要]本文提出了一种基于模糊控制的直流电机脉宽调制(PWM)调速系统。
该系统将转速偏差和转速偏差率模糊化为模糊控制器的输入语言变量,根据所制定的一套模糊控制规则来选择控制PWM中开关管IGBT导通时间的输出语言变量,并以此通过脉宽调制技术来驱动直流电机。
仿真实验结果表明该系统能有效的抑制超调现象,提高系统的响应速度和稳态性能。
[关键词]模糊控制;直流电机;PWM;调速[中图分类号] TM301.2 [文献标识码] B [文章编号] 1000-3983(2006)01-0066-03PWM Speed Regulating System of DC Motor Based on Fuzzy ControlLI Yong, LUO Long-fu, XU Jia-zhu, LI Ji(College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)Abstract: This paper proposes a pulse width modulation (PWM) speed regulating system of DCmotor based on fuzzy control. The speed error and its change were used as fuzzy stable variable.According to a set of fuzzy rules, the output variable was selected to control the IGBT switch. Inthis way, the PWM technique was used to drive the DC motor. The simulation results showed thatthe system could depress the overshoot and improve the response and steady state performance.Key words: fuzzy control; DC motor; PWM; speed regulating1 引言直流电机由于具有良好的调速特性,宽广的调速范围,长期以来在要求调速的地方,特别是对调速性能指标要求较高的场合得到了广泛的应用。
特别是近年来随着电力电子技术的发展,已普遍采用由晶闸管整流器供电的直流电机调速系统,以取代以前广泛应用的交流电动机—直流发电机组供电系统。
但由于相控整流中电网端输入电流的功率因数直接与移相触发角有关,在电机低速运行整流桥输出电压较低时,电网输入电流功率因数低,谐波分量比较大,对电网特别是公共直流电网有不利的影响。
而采用PWM调速时,电源侧一般不采用二极管不控整流,这对改善电网功率因数和减少谐波对电网的污染都是有利的。
并且,直流电机调速系统是一个复杂的多变量、非线性控制系统,控制参数多,各个参数之间相互影响,抗干扰能力较弱,不适合需要高控制性能的场合。
因此,为了增强直流电机调速系统的抗干扰能力和鲁棒性,提高调速系统的响应速度和稳态精度,本文提出了基于模糊控制的直流电机PWM调速系统。
该系统在线检测电机转速的实时变化,通过模糊控制选择合适的控制语言,对PWM开关器件的导通时间加以控制,从而驱动直流电机达到调速的目的。
2 系统构成与原理综述基于模糊控制的直流电机脉宽调制调速系统的框图见图1。
主要由模糊控制器、PWM驱动电路和直流电机组成。
其中,)(kwr表示给定转速,)(kwa表示实际转速,e表示转速偏差,ce表示转速偏差率,αc表示模糊控制量,1k、2k、3k表示增益量,其值由所设计的模糊控制器的论域决定。
图1 系统框图该系统的调速过程如下:将反馈的直流电机的实际转速与给定转速进行比较,得到转速偏差和偏差率,并使之模糊化,由模糊控制器经推理运算得到合适的控制语言,经过一定的处理,来控制驱动电路的脉宽调制系统,从而实现对直流电机的转速调节。
2006№1 大 电 机 技 术 67(a)e 的隶属度函数图3 模糊变量的隶属度函数2.1 直流电机数学模型他励直流电动机的电压方程:f f f f i p L R u )(+= (1)Ω++=f af a a a a i G i p L R u )( (2)式中:p 是微分算子;u 、i 、R 和L 分别表示电压、电流、电阻和电感;下标f 表示励磁绕组;下标a 表示电枢绕组;Ω表示转速;af G 表示运动电动势系数;J 表示转动惯量。
电磁转矩:a f af e i i G T = (3) 转矩方程:L e T R Jp T +Ω+=Ω)( (4)式中:ΩR 表示旋转阻力系数,L T 表示负载。
2.2 模糊控制器设计作为一种人工智能手段,模糊控制将输入量按一定的模糊控制规则自动进行推理运算,模仿专家经验,从而获取问题的求解,在处理不确定性和不精确性问题时具有良好的鲁棒性。
模糊控制的流程见图2。
对于本文所构建的模糊控制器,其输入量为转速偏差e 和偏差率ce ,输出为控制量αc 。
每一条控制语言都采用e 、ce 和αc 来描述。
模糊控制规则的建立依赖的是使用直流电机调速系统的经验]4,3[。
对于本文而言,由于模糊控制的主要目的是控制电机的转速,因而其控制规则依赖的是实际转速与给定基准转速的差异比较。
所建立的控制规则表见表1。
例如,第一条控制规则如下:if e is NL and ce is NL then αc is PL 即实际转速与给定基准转速相比偏差负大、偏差变化率负大,此时实际转速比给定基准转速大而且还有上升的趋势,那么控制量αc 正大就要用来抑制这种趋势。
模糊控制器的推理过程采用Mamdani 算法,解模糊化过程采用max-min 法。
模糊语言变量的论域 均是[-1 1],各自的隶属度函数见图3,根据表1建立的输入量e 、ce 与输出量αc 之间的对应关系曲线见图4。
2.3 PWM 驱动电路设计本文所设计的驱动电路采用脉宽调制技术,用到的电力电子器件是具有自关断能力的电压控制型器件N 沟道IGBT 以及续流二极管VD 。
电路原理图见图5,直流电机的励磁方式为他励式。
驱动过程中IGBT 的栅极电压GE u 、电枢电流0i 、电枢电压0u 的波形见图6。
在t =0时驱动IGBT 导通,电源电压直接加在直流电机电枢两端,0u =E ,电枢电流按指数曲线上升。
图2 模糊控制系统表1 模糊控制规则表cee NL NM NS Z PS PM PL NL PL PL PL PL NM Z Z NM PL PL PL PM PS Z Z NS PL PM PS PS PSZZ Z PL PM PS Z NS NM NL PS Z Z NM NS NS NM NL PM Z Z NS NMNLNLNLPLZZNMNL NL NL NL图3 模糊变量的隶属度函数图4 模糊输入e 、ce 与输出αc 的对应关系(b ) ce 的隶属度函数(c ) αc 的隶属度函数 模糊控制系统 NM NS Z PS PM NL PL10.5-1 0.8 0.4 0 0.4 0.8 1NLNM NS Z PS PMPL10.5-1 0.8 0.4 0 0.4 0.8 1NL NM NS Z PS PM PL10.5-1 0.8 0.4 0 0.4 0.8 1c a0.50-0.5 e10.5-0.5 -1-10 ce基于模糊控制的直流电机PWM 调速系统 2006.№168 当t =1t 时,控制IGBT 关断,电枢电流经续流二极管续流,其值近似为0,按指数曲线下降。
至一个周期T 结束,再驱动IGBT 导通,重复上一周期的过程。
当电路稳态工作时,电枢电流在一个周期的初值和终值相等,电枢电压的平均值为:E E TtE t t t U on off on on α==+=0 (5)按照对on t 与T 的调节方式,有三种不同的电压调制方式:脉宽调制、频率调制和混合型。
本文是在保持开关周期T 不变的情况下,调节开关导通时间on t ,即脉冲宽度调制。
根据模糊控制器输出的控制语言的变化实时调节on t ,从而满足转速调节的需要。
图5 电路原理图图6 电流连续时的波形3 仿真实验用MATLAB/SIMULINK 对上述系统进行仿真实验。
他励直流电机的参数:a R =0.5Ω,a L =0.003H ,J =0.01672m kg ⋅,G =f af i G =0.8,ΩR =0.0167。
系统参数:wr =200rad/s ,1k =1/200,2k =1,3k =310200×,IGBT 的开关频率2kHz 。
0.6s 时,对电机突加负载50m N ⋅。
转速偏差)(t e 、PWM 驱动电路的输入量)(t α、转速)(t w 和转矩Te 的仿真结果见图7。
4 结论本文较具体的介绍了基于模糊控制的直流电机PWM 调速系统,仿真结果表明智能控制技术和PWM技术的引入能有效抑制超调量,提高系统响应速度和稳态性能,并且模糊控制技术能优化系统结构,使系统具有较强的鲁棒性和抗干扰能力,适应于各种不同的场合。
图7 仿真结果[收稿日期]2005-04-06[作者简介]李勇(1982-),湖南大学电气与信息工程学院在读硕士研究生,目前主要从事电机控制及其仿真,新型换流变压器及高压直流输电系统的理论研究。
d e g r e ee (r a d ·s -1)w (r a d ·s -1) T e (N n m )u GEu 0200150100500-500 0.2 0.4 0.6 0.8 1t (s)0 0.2 0.4 0.6 0.8 1t (s)a (°)200100-100-200-300-400-5002502001501005000 0.2 0.4 0.6 0.8 1t (s) 2502001501005000 0.2 0.4 0.6 0.8 1t (s)。