双闭环模糊控制直流调速系统仿真模型设计(毕业论文)

双闭环模糊控制直流调速系统仿真模型设计(毕业论文)内容摘要：

载从空载到额定负载下的电机转速降落与理想空载转速之比，它反映系统在负载变化下的相对稳定度。 动态性能指标包括 反映系统响应给定作用性能 的跟随性能指标和 反映系统抵抗 扰动 性能 的抗扰性能指标。 在 某 给定 ()tR 的作用下，系统输出量 ()tC 的 响应可用 跟随性能指标来描述。 不同的给定作用， 输出响应也不一样。 一般 以 零初始条件下 阶跃 给定 下的 输出响应 过程作为典型的跟随过程 （ 阶跃响应 ）。 阶跃响应跟随性能指标 包括 上升时间、超调量和调节时间： 一般 以系统 稳态 运行中，突加阶跃扰动后的 响应 过程作为典型的抗扰 过渡过程来 定义抗扰动态性能指标， 主要的 抗扰性能指标 包括 动态降落和恢复时间。 在 实际系统中 ， 对于各种动态指标的要求各不 相 同， 需 根据生产机械的具体要求而定。 一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主。 双环系统具有优良的动静态特性。 在转速调节器未饱和情况下，双闭环直流调速系统表现为转速无静差，在转速调节器饱和情况下，双闭环直流调速系统表 第 7页（共 32页） 现为电流无静差。 除了具有非常好的跟随性能之外，双环系统的抗扰性能，特别是抗电网电压扰动的性能大大优于单环系统。 三、 模糊控制双闭环直流调速系统建模 设计任务 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： 直流电动机： 220V， 136A， 1460r/min,eC = min/r,允许过载倍数 =； 晶闸管装置放大系数： sK =40； 电枢回路总电阻： R= ； 时间常数： lT =， mT =； 三相桥式电路的平均失控时间： sT =； 电流调节器超前时间常数： s  ； 转速调节器超前时间常数： s  ； 电流滤波时间常数： oiT =； 转速滤波时间常数： onT =； 转速反馈系数  = min/r（  10V/ Nn ） 要求建立模糊控制双闭环直流调速系统仿真模型并对仿真结果进行分析。 第 8页（共 32页） 系统总体结构 图 双闭环调速系统的动态结构图 oiT 电流反馈滤波时间常数 onT 转速反馈滤波时间常数 建立 仿真模型的 基本 操作 当打开 MATLAB 软件时 ， 就会出现 MATLAB 的软件界面，然后点 击 MATLAB 命令窗口工具栏中 从左到右第 8 个 图标 ， 这样就能 进入 SIMULINK 窗口。 但是因为MATLAB 的版本有很多， 版本不同，版本的模块浏览器的表示形式 就会不一样 ，但 是这并 不影响 MATLAB 软件的 基本功能的使用。 如图 所示。 1） 打开模型 的 编辑窗口： 用鼠标左键 单击工具栏中 建立 新模型的图标 ，也可以 在菜单中 选择 File→ New→ Model 这几 项 都 能 进入 模型编辑窗口。 2） 复制相关模块： 首先 双击 建立仿真模型需要的 子模块库图标， 这样就能打开它 ， 然后 选中 仿真要用到的 子模块， 最后将 子模块 拉进 模型编辑窗口 中。 在本次仿真 模型设计 中，需要的子模块有： Source 组中的 Step（阶跃输入）；Math Operations 组中的 Sum（加法器）模块和 Gain（增益）模块； Continuous组中的 Transfer Fen（控制器）模块和 Integrator（积分）模块； Sinks 组中的 Scope（示波器）等。 第 9页（共 32页） 图 SIMULINK 模块浏览器窗口 3） 修改 SIMULINK 中 模块参数： 用鼠标左键 双击模块图案， 就会 弹出 关于该图案的对话框， 然后 通过修改对话框 里面的 内容来 进行 设定模块的参数。 具体 的 操作 步骤是：首 先 用鼠标左键 双击 Sum 模块，打开如图 话框， 然后 在 List of Signs 栏目 中，拥有 加法器三路输入的符号，其中 |表示该路没有信号。 本次仿真需要用到减法器，就用 |+取代原来的 |++符号。 为了让图形 变得美观和整洁， 有时候需要旋转加法器三路输入符号， Ctrl+I 是将模块旋转 180 度， Ctrl+R 是将模块旋转 90 度，还有可以改变 |+它 们 三个 的位置，这样就能保证仿真模型中不会 因为加法器而 出现太多弯线条，使仿真模型看起来比较工整。 第 10 页（共 32页） 图 加法器模块对话框 用鼠标左键 双击 Transfer F 模块，则将 打开 如图 窗口 ， 其中Numerator 为 分子 和 Denominator 为分母。 图 传递函数模块对话框 第 11 页（共 32页） 用鼠标左键 双击 Step 模块 ，就 可以把 Step time（阶跃时间）从默认的 1改到 0。 本次仿真，需 要 将 阶跃时间从默认值 1改到 10， 阶跃输入模块对话框如图。 图 阶跃输入模块对话框 用鼠标左键 双击 其中的 Gain 模块， 则将 打开如图 ，在 模块 Gain 栏目中填写所需要的放大系数。 图 Gain 模块对话框 第 12 页（共 32页） 用鼠标左键双击其中的 Integrator模块 ，则将 打开如图 ，选择 Limit output 框， 然后 它 下面 就填写积分饱和值的范围。 图 Integrator 模块对话框 4） SIMULINK 的 模块连接： 以 鼠标左键单击 起点 模块 的 输出端， 拖动 鼠标 至终点模块输入端处 ， 则在两模块之间产生→线。 如果 一 条连接线要分为几条 ， 那么 就 应该在模型中画 分支线。 首先 把 电脑 的光标 滑 动到分支线上 起点处 ； 然后 按 住 鼠标的右键， 当 看到 光标 从箭头 变为十字型 时 ， 滑 动鼠标 到你想要连接的模块输入端 ， 其他的几个也是这样操作， 这 就是分支线的绘制 过程。 一维模糊控制 双闭环 直流调速系统 MATLAB 仿真 模型 （ 1）一维模糊 转速调节器 和 电流调节器的仿真模型 一维模糊 ASR转速调节器 的仿真模型如图 和图 示。 第 13 页（共 32页） 图 一维模糊 ASR转速调节器 一维模糊 ACR电流调节器 的仿真模型如图 图 一维模糊 ACR电流调节器 根据一维模糊控制器图 和图 所示 ，可以看出一维模糊控制就是在传统 PID 控制器上添加一个模糊逻辑控制器，把传统 PID 输入信号进行模糊化。 其中传统 PID 控制器部分如图 所示。 图 传统 PID 控制器部分 第 14 页（共 32页） 由于传统 PID 控制的传递函数 W（ s） = 1()sKs= 1KKs。 根据一维模糊控制器图 和图 所示可以看出，模糊控制器的传递函数就是 W（ s） = 1()sKs 。 从上述公式 进一步看出， 双闭环 模糊控制 直流调速系统 就是对 双闭环 传统 PID 控制 控制直流调速系统 的比例部分进行 模糊化，然后经过模糊控制规则， 将 输出 信号 精确 化。 下面是一维模糊逻辑控制器 ACR 的部分图形，如图 所示。 图 一维模糊逻辑控制器 ACR 的部分图形 其中图 的中间是 模糊逻辑控制器，模糊逻辑控制器就是在这个编辑器中将输入信号模糊化，在经过模糊规则处理后输出精确信号。 而实现这个过程就要用到 FIS 编辑器，因为模糊逻辑控制器里面的的输入、输出和模糊规则等都要在 FIS 编辑器里面进行 设计，只有在 FIS 编辑器里面设计正确了，这个模糊逻辑控制器才能成功运行。 图 左边 的 Gain 模块所起的作用和图中的名字一样，叫做量化因子，他的功能就是将输入信号的 原来的 范围 缩小到模糊逻辑控制器所设置的范围之内，这样，仿真需要的模糊逻辑控制器一个就足够了。 例如，本次仿真设计的中有 一维模糊 ASR转速调节器 ， 一维 模糊 ACR电流调节器 两个，如果不用量化因子将输入信号的范围缩小，那么就会建立两个模糊 逻辑 控制器，这样不仅增加了本次双闭环模糊控制直流调速系统 仿真模型设计的难度，模型太多也更加容易出错，所以这个量化因子的添加是非常必要的。 图 右 边的部分是由于 模糊 逻辑 控制器 的输出范围和 模糊控制器规则的建立有关而添加的。 根据添加前的仿真模型仿真，那么输出信号的范围是 （ 0 2），但是在 FIS 编辑器中建立模糊控制器规则表 的时候，输出信号只在正数范围不好表示，于是 就在 FIS 编辑器中建立模糊控制器规则表时范围自己设计，然后用图 第 15 页（共 32页） 右边的部分将输出信号的范围调整到模型要求的范围中来。 如果图 边的部分把它去掉，那么 模糊控制器规则表 的 建立将会遇到不知道怎样表 述的困难。 （ 2） 一维模糊控制器规则表 根据推理的合成规则 得到模糊控制量 U 经模糊决策，清晰化得到精确控制量 U。 为方便起见，设输入输出的语言变量值相同，分别为 负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，用英文字母表示为 NB、 NM、 NS、 Z、 PS、 PM、 PB。 及 E的。