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1、太原科技大学毕业设计（论文）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日学 生 姓 名指 导 教 师设计（论文）题目基于模糊控制的直流双闭环调速系统设计主要研究内容1、 双闭环直流调速系统及其原理。2、 建立数学模型，计算其参数。3、 直流电动机的模糊PID控制器设计及应用。4、 基于模糊控制的双闭环调速系统仿真。研究方法在MATLAB环境下采用模糊算法对双闭环直流调速系统
2、进行研究。主要技术指标(或研究目标)通过与传统PID控制进行比较来发现模糊控制可以大大提高控制效果，具有抗扰性能强，系统响应速度快，动态性能好等优点。教研室意见教研室主任（专业负责人）签字： 年 月 日 III目 录摘 要IIIABSTRACTIV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、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
4、-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 -5.1模糊控制仿真模型的建立- 34 -5.2 仿真实验- 36 -第6章 总 结- 37 -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
5、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。直流双闭环调速系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环。另外本文还将模糊控制应用于直流双闭环调速系统中的转速调节器，设计出模糊转速控制器，并与传统的双闭环凋速系统进行比较。利用MATLAB语言对这两种直流调速系统进行了仿真分析。仿真结果表明，用模糊控制方法得到的转速调节器参数比传统的工程整定方法得到的参数控制性能好，响应快，过渡过程时间短，基本无超调。关键词：直流双闭环调速系统，模糊控制，SIMULINK仿真Based Fuzzy Control of Double Loop D
6、C Corol SystemAbstract Dc double closed loop speed regulation system performance is very good, with wide speed range, high precision, good dynamic performance and easy to control the advantages in electrical transmission system, so widely used. Dc double closed loop speed regulation system in the cu
7、rrent link set, current regulator and rotational speed regulator, testing links, and constitutes the current loop and speed. Additionally, this article also applies fuzzy control dc double closed loop speed regulation system of speed regulator, the design of fuzzy controller and speed of traditional
8、 double closed loop speed system remains comparison. MATLAB language for both dc speed control system is simulated analysis. Simulation results show that the method of fuzzy control is obtained with the speed regulator than traditional engineering setting method of the parameters obtained from the c
9、ontrol performance is good, fast response time is short, the transition process, and basic without overshoot.Keywords: DC twoloop speedregulation,fuzzy control,simulation第1章 绪 论1.1 直流调速系统及其发展直流调速是指人为的或自动的改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变
10、化。直流电动机具有调速性能好，起动转矩大，易于在大范围内平滑调速等优点，其调速控制系统历来在工业控制中占有极其重要的地位。随着电力技术的发展，特别是在大功率电力电子器件问世以后，直流电动机拖动将有逐步被交流电动机拖动所取代的趋势，特别是在高精度位置伺服控制系统。在调速性能要求高或要求大转矩的场所，直流电动机仍然被广泛采用，直流调速控制系统中最典型一种调速系统就是速度、电流双闭调速系统。调速系统发展趋势为：(1)高频化在功率驱动装置中，低频的半控器件（晶闸管）在中小功率范围将会被高频的全控器件（大功率晶体管）所代替，既可提高系统性能又可改善电网的功率因数。(2)交流化随着交流调速系统成本的逐步降
11、低，不仅现有的直流调速系统将被交流调速所取代，而且大量的原来恒速运行的交流传动系统将改为交流调速系统，原来直流调速所不能达到的高转速，大功率领域，也将采用交流调速系统。(3)网络化大规模多机协同工作的高度自动系统，需要计算机网络的支持，传动设备及控制器作为一个节点连到现场总线或工业控制网上，实现集中或分散的生产过程实时监控。借助于数字和网络技术，智能控制如模糊控制、神经网络控制、自藕控制等深入运用到控制系统的各个方面，各种观测器和辩识技术应用于控制系统中，大大改善了控制系统的性能。1.2 模糊控制的发展状况以往各种传统控制方法均是建立在被控对象的精确数学模型之上的，随着系统复杂程度的提高，将难
12、以建立系统的精确数学模型和满足实时控制的要求。人们期望探索出一种简便灵活的描述手段和处理方法，并进行了种种尝试。结果却发现一个复杂的控制系统，可由一个操作人员凭着丰富的实践经验得到满意的控制效果。如能模拟人的思维方法，把自然语言植入计算机内核，使计算机具有活性和智能。模糊逻辑控制就是使计算机具有活性和智能的一种新颖的智能控制方法。模糊控制系统应用于诸如在测量数据不确切、要处理的数据量过大以致无法判断它们的兼容性、一些复杂可变的被控对象等场合是非常合适的。与传统控制器依赖于系统行为参数的控制器设计方法不同的是模糊控制器的设计依赖于操作者的经验。在传统控制器中，参数或控制输出的调整是根据对一组微分
13、方程描述的过程模型的状态分析和综合来进行的，而模糊控制器参数或控制输出的调整是从过程函数的逻辑模型产生的规则来进行的。改善模糊控制性能的最有效方法是优化模糊控制规则。通常模糊控制规则是通过将人的操作经验转化为模糊语言形式获取的，因此带有相当的主观性。自从扎德1965年发表了首篇有关模糊集理论的论文来，模糊理论和模糊控制开始了它的艰难历程。模糊集合理论无法得到广大学者的认同，尤其是得到权威学者的认可。当时提出反对模糊集理论主要有两个理由：一是认为模糊隶属度函数的确定具有主观臆断性和人为经验技巧色彩，没有严格的系统方法，因而是不可靠的。二是认为模糊逻辑实际上是改头换面的概率理论。由于存在众多权威人
14、士的反对，模糊理论在它的发源地美国的发展相当缓慢。在欧洲，对模糊理论的研究着重在模糊控制上。自从Mamdani教授1974年首先将模糊理论用于蒸汽机和锅炉的控制，开创模糊控制的先河。模糊控制理论的应用研究在70年代的欧洲取得了一些成功，推动了模糊控制理论的研究，同时模糊控制理论也不断地得到人们的认识和重视。在80年代后期，模糊控制理论进入了发展期，包括美国在内的世界各国在模糊控制理论和模糊控制产品的不断发展和不断更新。近十年来模糊控制发展相当迅速。1.3 仿真技术介绍现代电力拖动控制技术已经不再是一些电控设备的简单应用，它已成为电工、自动控制、计算机应用、电力电子学、数字仿真与CAD等多门学科
15、互相交叉的新兴学科。八十年代中期，国际上已将其公认为“运动控制系统”。单纯的数字仿真，几乎已经无法进行运动控制系统的设计研究，而必须应用包括分析、比较、自动寻优、检验等都在计算机上进行的整个设计过程，MATLAB因其含有极为丰富的专用于控制工程与系统分析的函数，且提供方便的图形功能，它已成为国际控制界应用最广的语言和工具，在MATLAB提供的动态系统仿真工具Simulink中，对系统进行建模将变得非常简单，而且仿真过程是交互的，因此，可以很随意地改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的仿真结果。本设计将使用MATLAB对设计成型的系统进行仿真，以进一步了解系统的动态性能和稳态性能。第2章 模糊控制的基本理论2.1 模糊控制的理论基础模糊逻辑控制就是使计算机具有活性和智能的一种新颖的智能控制方法。与传统控制理论相比，模糊控制有二大优点。第一，模糊控制在许多应用中可以有效便捷地实现人的控制策略和验收。第二，模糊控制可以不需按被控对象的数学模型即可实现较好的控制，因为被控制对象的动态特
