模糊pid控制在直流调速系统中的应用_毕业设计(编辑修改稿)

模糊pid控制在直流调速系统中的应用_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

则设计简单，便于利用。 2) 适用于数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象。 模糊 PID 控制在直流调速系统中的应用 3) 容易被人们所接受。 依据专家或者是操作者的多年的经验来制定容易被人接受的模糊规则，然而这些规则便是控制的核心内容。 所制定的规则 会特别容易的就被人类接受和理解。 例如“小明很饥饿，则小明要多吃一些饭。 ” 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。 模糊控制器的基本结 构 在理论上讲，模糊控制器由 N 维关系 R 表示。 关系 R 可视作受制于 ]11[区间内 N 个变量的函数。 r 是几个 N 维关系的组合，每个 ir 代表一条规则ir ： THENIF 。 控制器的输入 x 被模糊化为一维关系 X ，对于多输入多输出控制时， X 为 )1( N 维。 模糊输出 Y 可以应用合成推理规则进行计算。 当对 Y 进行解模糊，便可以得到一个精确的输出数值 y。 图 便是具有输入输出的理论模糊控制器的原理框图。 模 糊 化Y = X。 R模 糊 判XY yx 图 理论模糊控制器的原理框图 模糊控制器需要解决的三大问题 ]6[ 1) 第一个问题是 怎么样 把确定量转化为 与之相对应 的模糊量。 2) 第二个问题是模糊控制规则形成和推理。 3) 第三个问题是 怎么样 把模糊量转换为 与之相 对应的确定量。 从以上的 三个问题可以知道，模糊控制器的设计需要解决的问题就是模模糊 PID 控制在直流调速系统中的应用 糊化过程、知识库、推理决策和精确化。 模糊控制器的三大模块库  模模化 将模糊控制器输入量的确定值转换为相应模糊语言变量  模糊推理 将已有的控制经验和输入变量作为设计的理论依据 ， 通过 模糊变换 得出 新的模糊 经验 作为结论  清晰化 将模糊推理后得到的模糊集转换为用作控制的数字值 模糊化的具体步骤 ]12[ 1)根据确定数 错误 !未找到引用源。 及量化因子 错误 !未找到引用源。 求 错误 !未找到引用源。 在基本论域上的量化等级 错误 !未找到引用源。 2)查找语言变量 E 的赋值表，找出 错误 !未找到引用源。 在与最大隶属度对应的模糊集合，该模糊集合就代表确实数 1e 的模糊化结果。 模糊化过程主要完成测量输入的变量值，并将数字表示形式的输入量转化为通常语言值表示形式的隶属度函数值。 模糊 PID 控制在直流调速系统中的应用 图 模糊化 对于一个测量值可以对应 2 个以上的模糊子集，即可以隶属于“中”，也可以隶属于“大”，知识隶属的程度不同而已。 图 给出了模糊化过程的结果，即测量值 x 隶属于“中”的程度为 ，隶属于“大”的程度为。 为了使得任意物理量输入 x 都能够映射到模糊集系统中去，即在所有论域内的输入量都可以与某一模糊子集相对应，模糊子集的数目和范围必须遍及整个论域。 每一个物理输入量至少一个模糊子集的隶属度必须大于零。 模糊化过程主要任务是定义域内所有的语言值的隶属度函数。 精确化的过程 通过模糊推理 可以 得到一个模糊集合或者是一个隶属度函数，但是在控制系统中， 只能是由 确定值去控制驱动结构。 在推理得到的模糊集 合中取一个最佳代表的这个过程就被称为精确化过程。 常用的精确化过程的方法主要有三种： 1） 最大隶属度法 2） 重心法 3） 加权平均法 模糊 PID 控制在直流调速系统中的应用 其实精确化的算法还有左取大、右取大、去大平均等。 根据隶属度函数的形状、推理方法选择合适的精确化计算方法。 逻辑推理 在模糊控制中最主要的是建立合适正确的模糊控制规则表。 为了 实现模糊控制的 控制效果达到最佳状态 ，就必须研究不确定性推理的规律 ，而模糊逻辑推理就是主要研究不确定性推理的重要方法之一。 扎德 于 19721974 年间系统的建立了模糊逻辑理论， 提出了模糊限定词、语言变量、语言变量、语言真值和近似推理等概念，制定了模糊推理的规则，为模糊推理奠定了基础。 模糊逻辑原则上是一种拟人思维，要用从 01 之间的确切数值一个模糊命题的真假程度，有时候是很困难的，人们在日常生活中交流信息用的大多数是自然语言，而这种自然语言是用充满了不确定性的描述来表达具有模糊性的现象和事物。 自然语言的模糊性是由于使用率大量的模糊化词来组成自言语言。 因此， 从理论上讲 ，一切具有模糊性的语言都 可以 称为模糊语言，在不同的条件下一种模糊概念可以代表不同的含义。 通常推理方法都是很严格的，而 二值推理只需要有确定的小前提，则一定会得出确定的结果。 例如，前提：如果 A，则 B:如果 B,则 C。 结论：如果A，则 C。 可是，在生活中，人们得到的信息却不是精确的，反而大多数都是模糊的，或者事实本身就很模糊。 模糊推理常用的四种方法 （ 1） Mamdani 模糊推理方法 （ 2） Larsen 模糊推理的方法 模糊 PID 控制在直流调速系统中的应用 （ 3） TakagiSugeno 模糊推理算法 （ 4） Tsukamoto 模糊推理算法 在本次设计中，主要选择 Mamdani 模糊推理方法 ， Mamdani 模糊推理 是模糊控制中普遍使用的方法，它本质上是一种合成推理方法。 语言变量值的选取 根据系统控制精度的要求不同，误差、误差变化率和控制量的变化量，可以选择 3 个， 7 个， 8 个等级甚至更多。 分为 3 个等级：大、中、小。 如果分为 7 个等级，则常选用正大、正中、正小、零、负小、负中、负大等 7个语言变量值，在本论文中，用一下 7 个变量 NB、 NM 、 NS 、 ZE 、 PB 、PM 、 PS 来表示语言变量。 3 双闭环直流调速系统的仿真 直流电机 系统采用控制的主要原因 由于 PID 控制 用途广泛、使用灵活 ， PID 系列 的 产品 已经快要到 成熟 的地步。 而且 PID 控制结构简单，所以 PID 控制器 只需对 比例 、 积分 和 微分 3个 错误 !未找到引用源。 参数的 进行 设定。 有的时候在系统控制中也可以只有两个参数，但是 不管怎么操作它的比例控制单元是不可或缺的 ，那么我们有以下三个主要原因使用 PID 控制来对电机进行控制。 1)PID 应用 范围广 虽然许多工业过程是时变的或非线性 的 ，但是我们只需通过对 它 进行简化就可以 改变 成动态特性不随时间变化和基本线性的系统，这样 就可以 达到模糊 PID 控制在直流调速系统中的应用 PID 的可 控制。 2) PID 参数较易整定 PID 的 参数 pK ， 错误 !未找到引用源。 和 错误 !未找到引用源。 可以根据 控制 过程的动态特性及时 进行参数 整定。 如果 在控制 过程 中 动态特性变化， 比如在电机运行过程中 由负载的变化 而 引起系统动态特性变化，那么 ，PID 参数就可以重新整定。 3)PID 控制器在实践中也不断地得到改进 在科技不断进步的同时， PID 控制器也在不断地升级和完善。 PID 控制器 也逐步发展为 最简单 、 最 实用 的控制器。 系统采用控制主要解决的问题 ]4[ 1) 启动的快速性问题 由于 PI 调节器 具有 非线性 的 特性， 所以在电机性能容许的情况下，让电机起动的速度加快。 在系统 调节 的 过程中，比例环节 在 反映速度控制过程中的偏差 的同时还可以 自动 按照 比例 进行 调节， 在最短的时间内 减小偏差。 虽然比例环节可以减小偏差但还会产生静差，此时可以加入 积分环节来消除静差，而 积分环节作用的强弱 主要 取决于积分时间常数 T 的大小 ， T 越大积分作用越弱 ，反之积分作用就越弱。 2） 提高系统 的 抗扰性能 在设计中转速环和电流环的设计都应用 PI 调节器，如果系统中加入 PI调节器，就可以提高系统的抗干扰性能，还可以对于电网电压以及负载转矩的波动产生的扰动进行抑 制和调节，而且还可以加快调节时间。 模糊 PID 控制在直流调速系统中的应用 电机参数的选取和计算 在本次设计中，设计指标定为电流 的 超调量 为 %5i ，空载起动到额定转速时的转速 的 超调量 为 %10n。 过载倍数  ，取电流反馈滤波时间常数 sToi  ，转速反馈滤波时间常数 sTon 。 取转速调节器和电流调节器的饱和值为 V12 ，输出限幅值为 V10 ，额定转速时转速给定VUn 10。 仿真观察系统的转速 、 电流响应和设定参数变化对系统响应的影响 ]11[。 搭建模型 在本次设计中 主要使用 MATLAB 中 Power System 模块来搭建直流电机模型。 主回路部分、交流电源、晶闸管整流器 、 触发器、移相控制环节和电动机等环节使用 Power System 模型库的模块。 控制回路的主体是转速和电流两个调节器，以及反馈滤波环节，将这几部分拼接起来，即组成了晶闸管电动机转速电流双闭环控制直流调速系统的仿真模型 ]11[。 双环的设计 ]4[ 在本次设计中主要遵循转速外环，电流内环的原则。 先设计电流环，再设计转速环。 电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击，避免出现过电流的现象。 而在转速负反馈控制中，系统的被调节量是转速，所检测的误差也是转速。 所以在直流电机的调速系统中只用一个调节器很难实现对转速和电流的控制，所以必须选用两个调节器，把转速环定为外环，电流环为内环。 在设计时需要将电流调节器串接在转速调节器的后面，这样就可以形成以转速环作为外环、电流环作为内 环的双闭环直流调速系统。 模糊 PID 控制在直流调速系统中的应用 在电机起动和制动的过程中，刚开始电流环开始运行并保持系统的电流，在一定的范围内减小过渡过程的时间。 当系统系统的转速到达给定转速时，系统就会自动进入转速控制的方式，此时转速闭环控制开始起主导作用，而电流内环起跟随作用，。