基于模糊控制的双闭环调速系统

合集下载

基于模糊控制算法的变频器通讯调速系统设计

化率绝对值大于３，则限定为３。输出控制量Ｕ的变化范围００为 ± ｚ由于Ｌ变频器的频率是以ＯＯｚ为单位的，仆｛，Ｇ．仆｛因此Ｕ
图１喷油泵试验台控制结构
的变化范围可以表示为＋０，控制量基本论域表示为ｆ１０，１０则一０
ＡｂｔａｔｓｒｃＴｅｈｍｅｉｏＦｕｙｏｎｒｌｉｒｓｆｚｚｃｔｏａｒｈｍｅｉａｎｉｖｒｅｒｏｍｕｉａｉａｅｎｒｄｕｄｒｅｌＴｄｅｓｇｎｆｗｏ— ｍｅｓｏａｌｔｔｔｃｄｎｅｔｃｍｎｃｔｏｎｒｉｔｏｃｅｂｉｆｈｅｙ．ｉｏｔｄｉｎｉｎｆｚｙｏｎｒｌｕｚｃｔｏＢａｅｏｎｈｃｓｄｔｅｏｍｂｉｉｇｆｏｒｕａｎｎｏｆｍｌｍｅｈｄｎｄｏｒｔｏａｆｍｃｈｃｋｎｍｅｔｏｄｓｅｉｇｈｉａｎｌｚｄａｙｅｄｅａｉｄｌＴｅｒｔｃｌｔｌｙｈｐｏｏｏｓｅ
柴油机喷油泵试验台是用来测试喷油泵性能的设备，它主
糊控制器的设计包括三个基本过程：模糊化一模糊决策一去模糊化，面分析模糊控制器的设计过程。下
１１模糊集的量化本系统速度偏差Ｅ的变化范围规定为￣０／，则偏差的基３ｒｓ
．
Байду номын сангаас
ｂｔｅｎＳＭａｄｉｅｅｒｇｖｎｏ．ｈａｉｔｉｐｐｒｇｖｓｔｌｈｒｏｐｅｄｕｔｇｄｒｇｗｉｈｅｅＣｎｎｒｒａｅｉ．ｏｗｖｔｅｔＯｎｔｉｂｓ．ｓａｅｉｈｆｗｃａｆｓｅｄａｊｓｎｕｉｈｈｔｅｓｓｈｅｅｏｉｎｃ

基于模糊控制的交流调速系统

基于模糊控制的交流调速系统摘要：随着电力电子技术的发展,交流调速系统不但性能优于直流调速,而且成本和维护费用较之更低,可靠性更高,因此,采用高效率经济型的交流变频调速系统是电机调速技术发展的新动向。

然而,交流电动机是一个多变量、强耦合的复杂被控对象,并且存在着参数时变、非线性和不确定因素,传统的PID控制难以获得良好的控制性能。

近年来,采用模糊控制成为解决此类问题的有效方法之一。

关键词：模糊控制交流调速遗传算法第1章基于遗传算法的模糊神经网络控制的交流调速系统模糊神经网络兼具了模糊控制及神经网络二者的优点,既可以进行模糊推理,又具有学习和模式识别能力,利用模糊神经网络可以处理传统PID控制不能处理的控制情况[2-3]。

传统的模糊神经网络需要一个参考网络,而参考网络的建立则依赖于专家经验,当被控对象的参数和环境发生改变时，原先的网络可能就不太适用了[4]。

本节设计了一种基于遗传算法的模糊神经网络控制器,通过再励学习的方式在线训练得到最优的网络参数,从而避免建立参考网络。

将此控制器应用于交流调速系统中,获得了良好的控制性能。

1.1模糊神经网络控制方案1.1.1 方案说明该控制采用双闭环交流调速系统,其结构如图1-1-1所示。

内环为电流环,外环为转速环。

转速控制器采用模糊神经网络控制器,其输入为交流电机的转速误差(给定转速与实际转速之差)和转速误差变化率,而输出即为q轴电流,经过PWM 逆变后即可实现对交流电机的矢量控制[5]。

同时通过遗传算法进行在线学习,得到最优的神经网络参数。

图1-1-1 基于再励学习的模糊神经网络1.1.2 控制器的设计原理基于再励学习的自适应模糊神经网络控制系统原理图如图1-1-2所示,该控制系统的学习采用基于值函数的再励学习方式,不依赖于参考模型。

其中虚线框中的三个部分即是一个基于再励学习的模糊神经网络控制器,对其中各个部分的介绍如下:图1-1-2 基于再励学习的模糊神经网络原理图(1)输入空间划分层用隶属函数划分输入空间,通过再励学习不断调整隶属函数的个数及其在输入空间上的分布,使得划分对应的网络结构达到最优。

基于模糊控制的双闭环系统及仿真分析

（１）
额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为：
Ｅ：
＝
（２）
（３）
图２Ｈ桥双极性控制原理图
忽略粘性摩擦及弹性转矩，电动机轴上动力学方程为：
五＝ＧＤ２ｄｎ
一
（４）
ＶＶＡＮＧＬｉａｎｇ．ＳＵＮＳｈｏｕ－ｊｕａｎ
（１．中国矿业大学信息与电气工程学院，徐州２２１００８；２．江苏师范大学电气工程及自动化学院，徐州２２１００８）搞耍；采用模糊控制实现直流电机双环调速。文中首先建立了直流电机的数学模型，分析了转速和电流双闭环控制的必要性，并对转速环模糊控制器设计。提出了模糊ＰＤ并联积分的控制器结构，完善了ＰＩＤ控制器的性能，提高了系统的控制精度。最后应用ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ工具箱，实现了直流电机模糊控制系统的计算机仿真。仿真结果表明，该方法比经典ＰＩＤ控制器具有更快的动态响应和更高的调节精度。关键词：模糊控制；双环调速；ｓｌｍｕｌｌｎｋ仿真中圈分类号：ＴＭ３３文献标识码：Ａ
０引言
由于直流电动机具有良好的起、制动性能，能实现大范围内平滑调速，故煤矿电机车仍采用直流电机牵引。由于直流电机系统本身的非线性，ＰＩ调节器难以保持良好的控制性能。考虑到模糊控制实现的简易性和快速性，又不依赖于对象的模型，因

基于Matlabsimlink的模糊PID双闭环直流电机调速

图８模糊双闭环直流调速系统仿真结果仿真结果验证了模糊ＰＩ双闭环直流调
速系统比仅仅使用ＰＩ双闭环系统的控制性能指标有了一定的优化。
３、结论
本文通过对直流调速系统的开环、双闭环以及模糊ＰＩ控制器的双闭环系统进行了仿真，验证了不同控制系统对于直流电机调速的控制效果。开环系统冲击电流大，机械特性差，双闭环控制系统较开环系统具有明显的硬度，机械特性不易受干扰。采用带自调整因子的模糊Ｐｌ控制器减小了系统初始的冲击电流，并且响应速度有ｒ明显的改善，这在工业生产和电力系统自动控制中具有微高的实用价值。
低于给定转速时，转速调节器的输出增加，
即电流给定上升，并通过电流环调节使电
动机电流增加，从而使电动机获得加速转
矩，电动机转速上升，并通过电流环调节使｝
电动机电流下降，电动机将因为电磁转矩
减小而减速。在当转速调节器饱和输出达
到限幅值时，电流环即以最大电流限制实
现电动机的加速，使电动机的启动时间最
短，转速、电流双闭环直流凋速系统的仿真
开环直流调速由于自身的缺点几乎不能满足生产过程的要求，在应Ｊ丰｛广泛的双闭环直流调速系统中，传统ＰＩＤ控制已经得到了比较成熟的应用。但是受电动机负载等非线性因素的影响，传统的控制策略在实际应用中难以保持ｉ殳计时的性能。随着模糊控制技术应用的日渐成熟，又由于模糊控制不依赖于被控对象的精确数学模型，能够克服非线性因素的影响，对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性，所以将模糊控制与传统的ＰＩＤ控制结合可以起ｆｌｌｔＥ好的效果。模糊控制系统中，在当对象参数、给定或扰动变化过大时，很难获得满意的控制效果，在此基础提出自调整因子０ｔ．模糊控制器，根据控制的误差值，通过适当的调节规则来调整一些关键控制参数值，

基于模糊控制算法的电机速度调节系统设计

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。

直流双闭环调速系统及其模糊控制的仿真_欧卫斌

[5]　袁　川,杨洪耕.三相电压畸变且不对称时电流基波正序有功分量的改进瞬时检测方法研究[J].继电器,2005(14):57-60.[6]　CU T RI R,LO U REN O M J.A N ew I nstantaneo usM ethod fo r Harmo nics,P ositive a nd N ega tiveSequence Detection for Compensation o f Distor tedCurrents w ith S ta tic Conver ters U sing P ulse widthM odulatio n[C]//11th Internatio nal Co nfer ence onHar monics and Q uality of Po we r,2004:374-378. [7]　马大铭,朱东起,高景德.三相电压不对称时谐波和无功电流的准确检测[J].清华大学学报:自然科学版,1997,37(4):1-10.[8]　李红雨,吴隆辉,卓　放,等.一种新型的快速电流检测方法的研究[J].中国电机工程学报,2005,25(13).　第3期　2010年3月工矿自动化Industry and M ine A utomationNo.3　M ar.2010　文章编号:1671-251X(2010)03-0057-04直流双闭环调速系统及其模糊控制的仿真欧卫斌(宝鸡文理学院电子电气工程系,陕西宝鸡　721007) 摘要:给出了常规直流双闭环调速系统的仿真模型,采用Matlab对该模型进行了仿真,得出结论:常规直流双闭环调速系统具有较好的动态与静态特性,可以很好地抑制扰动量对电动机转速的影响,但该系统依赖精确数学模型,在增加解决环节的同时,系统模型趋于复杂,可能还会影响系统的可靠性。

在该分析结果的基础上,提出了一种基于模糊控制+PI转速调节器的直流双闭环调速系统的设计方案,该方案中电流环仍采用常规PI调节,转速环改为模糊控制器与常规PI调节分时作用方式。

基于模糊PID控制的直流双闭环调速系统

基于模糊PID控制的直流双闭环调速系统毕业设计（论文）说明书题目：基于模糊PID控制的直流双闭环调速系统系别：系专业班级：电气工程及自动化学生姓名：指导教师：教研室：电气工程及其自动化教研室提交时间：- II -摘要一个多世纪以来，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。

在电动机的数字控制系统中，一般采用的是PID控制，但由于PID控制有其一定的局限性，在有些场合中难以获得满意的控制效果。

本文在分析智能控制技术的基础上，阐述了PID控制技术和模糊控制技术的发展现状和模糊控制技术的原理，以模糊PID控制作为研究对象，对双闭环直流调速系统设计了模糊PID控制器,分析了系统的动静态特性及鲁棒性,并与PID控制进行了比较,MATLAB仿真表明:模糊控制具有更好的动态特性与鲁棒性。

关键词：直流电机；调速系统；PID控制；模糊PID控制；MATLAB仿真IABSTRACTThe application of motor has spread all kinds of fields of national economy and people's daily life as the main mechanic-electronic energy conversion device for a century or more. PID control is often adopted in the digital control system of motor. But PID control has some scarcity, good control effects have been obtained difficultly in some instances.The paper is based on the analysis of the intelligent control, elaborating the present development condition of the PID control and the fuzzy control and the principle of the fuzzy control. Taking the fuzzy PID control as the research object, this paper presents a fuzzy PID controller for binary closed loop DC speed regulating system，and transient and steady-state performance and robustness of the system are analyzed. MATLAB numerical simulation shows that it provides higher transient performance and robustness than that of the PID controller.KEY WORDS: DC motor；speed regulating system；PID control；fuzzy PIDcontrol；MATLAB simulation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章引言.................................................. - 1 -1.1 前言 ............................................... - 1 -1.2 直流调速系统发展史.................................. - 1 -1.3 直流电动机的调速方法................................ - 2 -1.4 本论文研究的目的与内容.............................. - 5 -第2章双闭环直流调速系统..................................... - 7 -2.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及工作原理........ - 7 -2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 ......... - 7 -2.1.2 转速、电流双闭环直流调速系统的工作原理 ..... - 8 -2.2 双闭环调速系统的静特性及稳态参数.................... - 9 -2.2.1 双闭环调速系统的静特性..................... - 9 -2.2.2 双闭环调速系统各变量的稳态工作点和稳态参数计算- 10-2.3 双闭环调速系统的动态特性........................... - 11 -2.3.1 双闭环调速系统的动态数学模型.............. - 11 -2.3.2 双闭环调速系统的动态性能.................. - 11 -2.3.3 双闭环调速系统中两个调节器的作用 .......... - 12 - 第3章系统控制方案.......................................... - 13 -3.1 经典控制(PID) ..................................... - 13 -3.2 模糊控制 .......................................... - 18 -3.2.1 模糊控制的基本理论........................ - 19 -3.2.2 模糊控制器的数据库........................ - 20 -3.2.3 模糊控制规则库............................ - 22 -3.2.4 推理决策逻辑.............................. - 22 -3.3 模糊控制与PID结合................................. - 24 -3.3.1 模糊PID控制器的基本形式.................. - 25 -3.4 双闭环调速模糊PID控制器的设计..................... - 27 -3.4.1 确定输入与输出变量的模糊子集和论域及其隶属度- 28 -3.4.2 确定模糊控制规则(若干条经验规则)R ......... - 28 -3.4.3 设计模糊推理关系.......................... - 29 -3.4.4 模糊决策.................................. - 30 -3.4.5 模糊判决(将控制量去模糊化)................ - 31 -III第4章系统仿真............................................... - 32 -4.1 Matlab/Simulink简介............................... - 32 -4.2 Simulink的启动与界面说明.......................... - 33 -4.2.1 启动Simulink ............................. - 33 -4.2.2 Simulink的菜单 ........................... - 33 -4.2.3 Simulink的功能模块组...................... - 34 -4.3 Simulink的仿真过程................................ - 34 -4.3.1 创建结构图文件............................ - 34 -4.3.2 结构图程序设计............................ - 34 -4.3.3 Simulink仿真的启动与停止.................. - 35 -4.4 建立仿真模型 ...................................... - 35 -4.4.1 传统PID控制的直流双调速系统仿真.......... - 35 -4.4.2 模糊PID控制的直流双调速系统仿真.......... - 36 - 第5章分析及结论............................................ - 40 -5.1 超调量，稳态静差分析............................... - 40 -5.2 快速性分析 ........................................ - 41 -5.3 抗负载扰动分析..................................... - 42 -5.4 鲁棒性分析 ........................................ - 43 -5.5 结论 .............................................. - 44 -第6章结束语................................................ - 45 -致谢........................................................ - 46 -参考文献..................................................... - 48 -第1章引言1.1 前言在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。

模糊PID控制在直流调速系统中的应用

4）它反映出人类的思维。模糊控制运用模糊量，例如“长短”“高矮”“胖瘦”“轻重”“大小”反映人类的思维。
2.2.2模糊控制器的基本结构
在理论上讲，模糊控制器由维关系表示。关系可视作受制于区间内个变量的函数。是几个维关系的组合，每个代表一条规则：。控制器的输入被模糊化为一维关系，对于多输入多输出控制时，为维。模糊输出可以应用合成推理规则进行计算。当对进行解模糊，便可以得到一个精确的输出数值。图2.2便是具有输入输出的理论模糊控制器的原理框图。
Key words：DC speed governing Double closed loop PID control Fuzzy PID control
1
1.1
直流电机是直流电能和机械能相互转换的旋转电机。它的主要特点是调速范围广，易于平滑调速；起动、制动和过载转矩大；易于控制，可靠性较高等优点。因此，近几年来在各个领域中得到了广泛的应用。随着当今社会科学技术的迅猛发展与提高，它的产品质量、性能、精度、功能以及功耗、自动化程度等广泛受到世界的关注。直流电机在结构方面的特点主要是结构简单，线路容易检查，而且在设备出现问题是维护方便，运行可靠。现在直流电机已经被广泛应用于各种调速驱动场合。但是最主要是应用在工作环境较差（温度较低或者比较潮湿的工作环境下）、对控制器的价格、性能比要求较高的场合。在工程实践中，正是由于直流电动机具有稳定的工作性能和良好的调速性，所以在当今的工业生产中得到了认可和广泛的应用，由于被广泛应用，所以才会出现较多的问题，进而使直流电动机的控制成为了很多专家学者研究的重点问题。直流电动机的控制主要采用控制技术。其中智能控制器和仪表已经非常多，这些产品已经在工程实际设计中得到了很广泛的应用，市场上已经有了各种各样的控制器产品，其中控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。

毕业设计(论文)基于模糊控制的双闭环直流调速系统设计

毕业设计（论文）基于模糊控制的双闭环直流调速系统设计姓名_______________学号_____________学院（系）_（电子信息工程系）专业 ____电气工程及其自动化__指导教师______________2010年6月10日太原科技大学毕业设计（论文）任务书学院（直属系）电子信息工程系时间： 2009 年 12 月 20日目录摘要 (III)ABSTRACT ............................................................................................................................. I V 第1章绪论 ....................................................................................................................... - 1 -1.1直流调速系统及其发展 (1)1.2模糊控制的发展状况 (1)1.3仿真技术介绍 (2)第2章模糊控制的基本理论 ............................................................................................. - 4 -2.1模糊控制的理论基础 (4)2.2模糊控制系统的组成 (4)2.3模糊控制在实际中的适用性 (5)2.4模糊控制器的设计方法 (5)第3章直流调速系统的原理 ........................................................................................... - 7 -3.1方案定论 (7)3.1.1 方案比较............................................................................................................ - 7 -3.1.2 方案论证............................................................................................................ - 8 -3.1.3 方案选择............................................................................................................ - 8 -3.2直流调速系统的原理 (8)3.2.1 直流调速系统的调速原理................................................................................ - 8 -3.2.2 直流调速系统的性能指标................................................................................ - 9 -3.3电流、转速双闭环直流调速系统的理论分析 (13)3.3.1 双闭环调速的工作过程和原理...................................................................... - 13 -3.3.2 双闭环直流调速系统的组成及其静特性...................................................... - 13 -3.4双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 (16)3.4.1 双闭环直流调速系统的数学模型的建立...................................................... - 16 -3.4.2 起动过程分析.................................................................................................. - 17 -3.4.3 动态抗干扰性分析.......................................................................................... - 19 -3.5电流环、转速环的MATLAB仿真 (20)第4章直流电动机的模糊PID控制............................................................................... - 23 -4.1直流电动机数学模型的建立 (23)4.2直流电动机的PID控制 (24)4.3模糊自整定PID控制器的设计 (27)4.4模糊自整定PID控制器的仿真 (30)4.5模糊控制在直流双闭环调速系统中应用 (31)第5章双闭环调速系统的仿真 ....................................................................................... - 34 -模糊控制仿真模型的建立 (34)5.2仿真实验 (35)第6章总结 ..................................................................................................................... - 36 -参考文献 ............................................................................................................................. - 38 -致谢 ................................................................................................................................. - 39 -基于模糊控制的双闭环直流调速系统设计摘要直流双闭环调速系统的性能很好，具有调速范围广、精度高、动态性能好和易于控制等优点，所以在电气传动系统中得到了广泛的应用。

模糊PID控制在双闭环直流调速系统中的应用研究

模糊PID控制在双闭环直流调速系统中的应用研究
董子文;朱张青
【期刊名称】《电气自动化》
【年(卷),期】2010(32)5
【摘要】分析了模糊PID控制的特点以及具体运用的环境,研究了应用模糊PID控制技术的直流双闭环调速系统,通过仿真论证了模糊PID控制应用于直流双闭环调速系统时具有响应速度快、鲁棒性强以及不依赖被控对象数学模型的优点,并且分析了采用的两种模糊PID控制方法的各自特点及其应用环境.
【总页数】3页(P14-16)
【作者】董子文;朱张青
【作者单位】南京大学控制科学与工程系,南京,210093;南京大学控制科学与工程系,南京,210093
【正文语种】中文
【中图分类】TM921.1;TP273+.4
【相关文献】
1.智能小车双闭环模糊PID直流调速系统的设计 [J], 吕成龙;李军红;郭凤梅;孙晓;俞家傲;张进如
2.模糊控制在双闭环直流调速系统中的应用 [J], 李芬
3.模糊PID算法的双闭环直流电机调速系统 [J], 陈智;王贵锋
4.基于模糊PID算法的双闭环直流调速系统的仿真 [J], 任俊峰;李红月
5.基于模糊PID算法的双闭环直流调速系统中的设计 [J], 朱嵘涛;陈希湘
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

智能小车双闭环模糊PID直流调速系统的设计

智能小车双闭环模糊PID直流调速系统的设计智能小车要根据跑道状况随时调整速度，高速过弯时需差速调节，其对转速控制要求较高。

单闭环PID直流调速系统动态响应差，抗干扰能力弱，常规的PID控制难以取得满意的效果。

文章采用转速、电流双闭环控制結构，将模糊逻辑与PID控制结合应用于智能小车调速系统中，弥补了常规单闭环PID控制器的不足，加快了小车的动态响应，提高了系统的抗干扰能力。

实验结果验证了文章提出的双闭环模糊PID直流调速控制算法的有效性。

标签：模糊PID；双闭环直流调速；智能小车1 概述智能小车，也称轮式机器人。

它具有对环境进行监测、自动追随引导线，并能根据环境进行自我调整等功能于一体的综合智能系统[1]，有广泛的应用前景。

目前智能小车速度控制系统大多采用PID单闭环控制，传统的PID单闭环调速系统虽然结构简单、易于实现，但动态响应差，抗干扰能力弱，传统PID控制效果主要取决于初始设置参数，不适合智能小车这一时变非线性系统，难以取得满意的控制效果。

针对上述问题，本文采用转速、电流双闭环控制结构，将模糊逻辑与PID控制结合应用于智能小车调速系统中，弥补了传统的单闭环PID控制器的不足，加快了小车的动态响应，提高了系统的抗干扰能力。

实验结果验证了本文提出的模糊PID双闭环直流调速控制算法的有效性。

2 智能车双闭环直流调速系统的组成双闭环直流调速系统中有两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行串级联接，电流负反馈为内环、转速反馈为外环，其结构如图1所示。

图1中：WASR（s）为转速调节器的传递函数；WACR（s）为电流调节器的传递函数；ɑ、β分别为转速、电流反馈系数；Ts为电力电子变换器的时间常数；Tl为电枢回路电磁时间常数；Tm为机电时间常数；Ce为电动机电动势常数；Ks为晶闸管装置放大系数；R为电枢回路总电阻。

转速调节器（ASR）的输出作为电流调节器（ACR）的给定，ACR的输出去调节电机的驱动电压，通过设置ASR的输出限幅值决定电动机允许的最大电流值，ACR在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流值，从而加快动态过程。

直流电动机调速系统模糊控制的仿真

直流电动机调速系统模糊控制的仿真摘要针对直流电动机调速系统的非线性和构造参数易变化等特点，本文设计了模糊控制器，建立了转速环为模糊控制的双闭环调速系统。

为了验证模糊控制器的控制效果，本文对直流电动机的参数变化、负载突变等不同情况进展了仿真研究，并将仿真结果与常规PID 控制进展比拟。

结果说明，模糊控制器在电机参数变化或负载突变时具有较好的控制性能。

关键词直流电动机控制器仿真1引言直流电动机具有良好的起、制动性能，在电力拖动自动控制系统，如轧钢机及其辅助机械、矿井卷杨机等领域中得到了广泛应用。

然而传统直流电动机双闭环调速系统大多采用构造简单、性能稳定的常规PID控制技术，由于在实际的传动系统中，电机本身的参数和拖动负载的参数(如转动惯量)并不如模型那样一成不变，在某些应用场合会随工况而变化；同时，电机本身是一个非线性的被控对象，许多拖动负载含有弹性或间隙等非线性因素。

因此被控制对象的参数变化与非线性特性，使得线性的常参数的PID调节器常常顾此失彼，不能使系统在各种工况下都能保持设计时的性能指标，往往使得控制系统的鲁棒性差，特别是对于模型参数大X围变化且具有较强非线性环节的系统，常规PID调节器难以满足高精度、快响应的控制要求，常常不能有效克制负载、模型参数的大X围变化以及非线性因素的影响［1］。

模糊控制是一种典型的智能控制方法，广泛地应用于自然科学和社会科学的许多领域［1］，其最大的特点是将专家的经历和知识表示为语言控制规那么，并用这些控制规那么去控制系统，这样它可以不依赖于被控制对象的准确数学模型，能够克制非线性因素的影响，对被控制对象的参数具有较强的鲁棒性。

为了验证模糊控制器具有对被控制对象参数变化适应能力强的特点，本文以实际的直流电动机双闭环调速系统为例，设计了相应的模糊控制器，建立了直流电动机双闭环调速系统模糊控制的仿真模型，仿真结果说明，模糊控制器在负载突变或电机参数变化时具有较好的控制性能，充分表达了其适应于非线性时变、滞后系统的控制以及鲁棒性强的特点。

基于模糊控制的直流调速系统仿真研究

第 29 卷第 17 期 Vol.29 No.17
企业技术开发 TECHNOLOGICAL企D业EVE技LO术PME开NT发OF ENTERPRISE
2010 年 9 月 20S1e0p.年20190月
基于模糊控制的直流调速系统仿真研究
张维威
（广东技术师范学院天河学院，广东广州 510540）
摘要：文章主要采用工程设计方法对直流调速系统进行设计，通过选择不同的调节器并对相关参数进行对比分析，说
究方向：控制理论。
型中增加了一个非线性系统模型库中的饱和限幅模块，设置其上下限幅值为[ - 10，10] 。因此按照 h= 5/ 2/ 8 的典型 II 型系统设计方法可以得到 ASR 调节器 PI 的参数。启动
第 29 卷第 17 期
张维威：基于模糊控制的直流调速系统仿真研究
19
仿真，得到双闭环调速系统空载高速启动和负载扰动的转速和电流波形。从分析可知，电动机的启动经历了电流上升、恒流升速及转速超调 3 个阶段，在电流上升阶段，突加给定电压 U g 后，I d 也上升，电机也开始启动，但由于机电惯性作用，转速不会快增长，因而转速调节器 A S R 的输入偏差电压的数值较大，强迫电流 I d l 迅速上升；而在恒流升速阶段，A S R 始终是饱和的，转速环相当于开环，电流 I d l 保持恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长；在转速调节阶段，当转速快上升到给定值时，转
② 传统的双闭环直流调速系统的 ASR 调节器具有
型 I 型系统的设计方法得到 ACR 调节器相应的传递函饱和特性和带输出限幅的 PI 调节器，为了反映在饱和与
数，对比分析相应曲线，可知 K T= 0. 5 时最合适，电流环阶限幅非线性影响下调速系统的工作情况，首先在仿真模

双闭环直流调速系统模糊PID控制研究

把ｉａＬ看成扰动输入，如果直流电动机处于理想空载状态，则ｉａＬ＝０。于是，对上述方程进行拉普拉斯变换可以得到传递函数：
Ｇ（ｓ）
＝Ｔ
ｌ
Ｔ
ｍ
１ｓ２
／Ｃｅ＋Ｔ
ｍ
ｓ
＋１
（６）
Ｔｌ＝ＲＬａａ
（７）
Ｔｍ
＝ＧＤ２３７５
ＲａＣｍＣｅ
（８）
其中：Ｔｌ为电枢回路的电磁时间常数，Ｔｍ为直流调速系统的机电时间常数。
用Ｕ表示输出变量ｕ的基本论域，其论域为Ｘｕ＝｛－５，－４，－３，－２，－１，０，１，２，３，４，５｝，比例因子为Ｋｕ＝Ｘｕ／Ｕ。在该论域上定义七个模糊集合｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，Ｚ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝，对应的隶属度函数如图８所示。２畅３畅２模糊规则
模糊控制是一种具有适应性的智能控制方法，不依赖于被控对象精确的数学模型，是处理不确定性和非线性问题的有力
工具。模糊逻辑与人类的某些思维特征相一致，嵌入到推理技术中具有良好的效果［６］。ＧｕｉＹｕ唱ｌｏｎｇ等人［１］提出了一种级联模糊ＰＩＤ控制方法，能有效提高直流调速系统的抗扰动性能，但是这种控制方法对ＰＩＤ三个参数的初始值比较敏感。Ｗａｎｇ［４］提出一种免疫ＰＩ控制方法，也能够提高直流调速系统的抗扰动性能，但是动态性能并不理想。
传统ＰＩＤ控制是一种简单而有效的控制方法，广泛应用于直流调速系统。然而，ＰＩＤ控制在本质上是一种线性控制方法，其控制性能取决于被控对象的数学模型精度［３］。直流调速系统具有一定的非线性、时变性和不确定性，难以建立精确的数学模型，系统性能易受参数变化及外部扰动的影响。传统ＰＩＤ控制器在系统运行过程中参数保持不变，其控制性能易受负载变化的扰动以及电压波动的影响［４，５］。因此，迫切需要一种控制方法，能够动态调整ＰＩＤ控制器的参数，以适应系统运行的变化情况。

基于模糊控制的双闭环直流电机调速系统的设计仿真

Telecom Power Technology设计应用基于模糊控制的双闭环直流电机调速系统的设计仿真1，蒋丰庚2，张以全1，肖少华嘉兴供电公司，浙江嘉兴314000；2.国网浙江省电力有限公司双创中心，浙江直流电动机具有较好的机械特性和调速性能，在一些比较特殊的行业中能够体现出显著的优越性。

针对MATLAB/Simulink对传统的PID控制方法和该文提出的模糊控制方法分别进行仿真实验。

通过仿真对比，验证了该电流、转速双闭环控制系统在直流电机控制应用中的有效性和工程应用价值。

模糊控制；直流调速；MATLAB/Simulink仿真Design and Simulation of Double Close-Loop DC Motor Speed Control System Based onFuzzy Control, JIANG Fenggeng2, ZHANG Yiquan.State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd., Jiaxing Power Supply Company, Jiaxing.Entrepreneurship and Innovation Center of State Grid Zhejiang Electric Power Co., Ltd., Hangzhoubecause they have goodperformance, and they can show obvious advantages in some special industries. Based on the modeling of DC motor, 2021年12月25日第38卷第24期Telecom Power TechnologyＤｅｃ．　２５，　２０２１，　Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．２４　钟全辉，等：基于模糊控制的双闭环直流电机调速系统的设计仿真开始，首先对其进行一定的等价变换和近似化的处理，并根据设计要求确定需要将其矫正成哪一类的典型系统，其次按照具体控制对象决定电流调节器的类型，最后依照动态性能指标要求确定各个环节调节器的参数。

基于Matlab的模糊PID双闭环直流调速系统的仿真(精)

基于Matlab的模糊PID双闭环直流调速系统的仿真安徽理工大学李恒韩向锋摘要本文针对开环直流调速系统启动冲击电流大,转速调节速度慢等特点上,建立了双闭环控制系统,仿真结果显示系统性能指标有了大提高。

在此基础上,速度调节器采用模糊控制技术作为外环控制,内环采用PI控制,经M AT-LAB仿真结果表明,直流调速控制系统的性能指标得到了一定的改善。

关键字三相整流双闭环直流调速模糊控制在现代化的工业生产过程中,许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节,并且要求有良好的稳态、动态性能。

而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起制动和反转等良好的动态性能,能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求在高性能的拖动技术领域中,相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。

开环直流调速由于自身的缺点几乎不能满足生产过程的要求,在应用广泛的双闭环直流调速系统中,传统PID控制已经得到了比较成熟的应用。

但是受电动机负载等非线性因素的影响,传统的控制策略在实际应用中难以保持设计时的性能。

随着模糊控制技术应用的日渐成熟,又由于模糊控制不依赖于被控对象的精确数学模型,能够克服非线性因素的影响,对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性,所以将模糊控制与传统的PID控制结合可以起到很好的效果。

模糊控制系统中,在当对象参数、1双闭环控制系统本系统采用电流、转速两个独立调节器的双闭环控制结构,转速调节器的输出就是电流调节器给定,因此电流环能够随转速的偏差调节电动机电枢的电流。

当转速低于给定转速时,转速调节器的输出增加,即电流给定上升,并通过电流环调节使电动机电流增加,从而使电动机获得加速转矩,电动机转速上升,并通过电流环调节使电动机电流下降,电动机将因为电磁转矩减小而减速。

在当转速调节器饱和输出达到限幅值时,电流环既以最大电流限制实现电动机的加速,使电动机的起动时间最短,转速、电流双闭环直流调速系统的仿真模型如图1。

基于模糊控制的双闭环直流电机调速系统

基于模糊控制的双闭环直流电机调速系统李海侠; 林继灿; 唐海洋【期刊名称】《《电气传动》》【年(卷),期】2019(049)011【总页数】6页(P22-26,107)【关键词】双闭环; 衰减曲线法; 模糊控制; 电机; 调速【作者】李海侠; 林继灿; 唐海洋【作者单位】桂林理工大学机械与控制工程学院广西桂林 541000【正文语种】中文【中图分类】TP15; TP273+.4目前，在直流电机调速系统中，针对开环直流调速系统中启动冲击电流大、转速调节性能不足等特点，建立双闭环系统，提高控制性能。

文献[1]采用根据负反馈的幅频特性推导出双闭环控制器的PI参数值，但是PI控制参数不能随系统变化而自动调整。

文献[2]设计了内PI控制环匹配外模糊控制环的模糊控制系统，由于电流环PI控制参数不能随系统变化而自动调整，这使得传统模糊直流电机控制不能很好地发挥电流反馈的作用效果。

模糊PID控制是通过双闭环控制系统中速度环和电流环对系统输出曲线的影响，实时跟踪实际转速和给定转速所产生的误差变化进行参数调整。

在此过程中需要根据实际条件进行规制整定。

国内外应用模糊控制技术的双闭环直流电机调速系统在家电以及机电行业中的使用非常普及，例如，根据衣服重量及质地自主选择适合水位的洗衣机，自动调整所驱动的电机进行智能工作；在机电行业中，双闭环模糊控制电机的深入研究，拓展到机器人柔性臂电机动力学的模糊控制以及电梯群控电机系统多目标的模糊控制等等[3]。

针对模糊直流电机控制系统内环参数不能自动调整的缺点，本文设计了转速调节外环和电流调节内环均分别采用模糊控制技术的控制方案，改进电流环的控制，使得电流限制在换向允许的最大电流以内，保证换向良好，同时保证有足够大的启动转矩及启动时转速超调较低，最后在3种情况下对直流电机的调速系统进行研究分析。

实验仿真结果表明，双模糊控制方法使直流调速控制系统的性能指标得到了一定的改善，完成了对双闭环直流电机调速系统的优化。