XXXXX智能控制理論概論結課作業題目：直流電機模糊控制系統設計姓名：XX學號：XXX專業：測控技術與儀器班級：XX-X班指導教師：XXXX

目錄第一章前言 1..TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第二章直流電機模糊控制系統設計 2..2.1直流電機簡介2...2.2直流電機的PID控制 2..2.3模糊控制概述2...2.4直流電機模糊控制系統的MATLAB仿真及其分析 3第三章結論 9..參考文獻 1.0..參考文獻 1.0..第一章前言隨著時代的發展，交流和直流調速不斷沖擊著，但是我國在這個直流調速領域中的研究不斷深入，專家們研制出了全數字直流調速系統（1）。這個調速系統有著較高的精度，而且很實用，使得直流調速系統成為工業過程中不可缺的一部分。本文將MATLAB^的模糊控制工具箱和SIMULINK有機結合起來，實現了直流電機模糊控制系統的建模與仿真。[3]模糊控制對被控對象的模型沒有明確的要求，而且它的適應性強，通過和PID調節器的結合，組成模糊PID的控制方案能有效地克服常規數字直流電動機調速裝置的缺點，進而設計出能在各種情況下，均可以使得直流電動機能達到穩定轉速精度的要求。第二章直流電機模糊控制系統設計2.1直流電機簡介直流電動機在日常生活中的應用領域非常廣，它有良好的啟動和制動性能。特別是在電力拖動的自動控制系統中，它的地位更是不可取代。直流調速系統有穩速、調速和加減速這個三種控制要求。在目前的控制過程中，對于調速和加減速已經得到了良好的實現，但是在生產過程中穩速的效果仍達不到預想中的的效果。穩速需要的是電機在一定的精度以所規定的的轉速穩定的運行，在某些干擾下，轉速波動也不會有比較大的變化。直流電動機雙閉環調速系統在工業生產中的應用最為廣泛，它采用的是內環為電流環，外環為轉速環的結構，這樣確保了最大允許的恒電流，使調速系統在最大的加速度的情況下達到穩定。當達到穩定后，使電流轉矩同負載轉矩平衡。最后，通過外轉速環的反饋使得電動機的轉速保持恒定。[4]2.2直流電機的PID控制概述(7)在某些情況下，受控對象和負載參數的變化很快，使得PID調節器沒辦法及時適應，因此穩速的要求很難達到標準。直流電動機本身是一個非線性的被控制對象，有許多的間隙性和彈性的擾動存在，如果有很多的變化量， PID調節器將無法顧及。以致最終的設計結果不能達到設計時所需的要求，將會得到魯棒性較差的控制系統。在這樣的系統中常規的 PID常常不能有效地克服負載、非線性因素和模型參數的變化因而無法達到高精度和快響應的要求。所以在生產過程中這種控制器很難滿足生產要求。而模糊控制對被控對象的模型沒有明確的要求，而且它的適應性強，通過和PID調節器想結合，可使直流電動機能達到穩定轉速精度的要求。2.3模糊控制概述模糊這個定義是美國著名控制論學者L.A.Zedeh在1965年發表在開創性論文中的，這是L.A.Zedeh第一次提出與傳統數學和控制理論的模糊集合理論完全

不同的一種理論 [2]通過與傳統控制的比較，模糊控制的優點有以下幾個方面⑹在設計過程中對數學模型沒有明確的要求。模糊控制的適應性強。模糊控制的魯棒性強。模糊控制采用連續多值的邏輯方式來適應參數的變化，從而實現穩定的控制要求。參數整定方便。在生產過程中，對控制系統進行定性的分析，就能很好的建立模糊規則和參數。模糊控制的結構簡單。系統的軟件和硬件都可簡單實現2.4直流電機模糊控制系統的MATLAB仿真及其分析[5]在MATLAB的命令窗□鍵入fuzzy后并按回車，以此來激活模糊推理的工具箱。這時在系統的界面系就跳出一個模糊邏輯編輯器。在FILE菜單下有兩種模糊控制器的模型，分別為Mamdani型還是Sugeon型。在本次的設計中選用Mamdani型。在EDIT下添加輸入和輸出，最后的結果為兩個輸入和一個輸出，輸入命名分別為誤差e和誤差變化率ec以及輸出u。如圖2.1所示。對于誤差e，論域是離散的，其論域取｛-10,+10｝，設置7個隸屬度函數,EE?181NamrNameMBTvpttrirrifparams[-13EE?181NamrNameMBTvpttrirrifparams[-1333^10-G666]分別為NB（負大）、NM（負中）、NS（負小）、0（零）、PS（正小）、PM（正中）、PB（正大），即隸屬函數有7條，隸屬形狀為三角形（trimf）。如圖2.2所示。■丄Beabeir^hipFunctionHditors*hkxFiIsB4iI ￥]電wMembershipfunctionptoisP|crtP0'^5irtnulvaiiidhlff'>'CurrenthAenKbershipFunction(ckckonMFtoselect)固-JE?al>ershipFunccxonEditorsshkzsc!"ocJ,<urr-r-1.-nf.Itinputvariable'"ec1NameTypeLJl-Z-p!-^■CurrerriMerriberlipFurn.-Liuriu"unMF!□匕匕I固-JE?al>ershipFunccxonEditorsshkzsc!"ocJ,<urr-r-1.-nf.Itinputvariable'"ec1NameTypeLJl-Z-p!-^■CurrerriMerriberlipFurn.-Liuriu"unMF!□匕匕I匕ut.il-lo-箱FiliEditViawFISVariablesM^rrlvT?P?P療r■感hi二[0.25口0^51hlrnfMefflfcerzhipruncttortpuxsP|Gtpoints:Displa-/Range圖2.2e的隸屬度函數編輯圖對于變化率ec,論域是離散的，其論域取｛0,1｝，設置5個隸屬度函數,分別為NB、NS、0、PSPB,即隸屬函數有5條，隸屬形狀為三角形（trimf）如圖2.3所示圖2.3ec的隸屬度函數編輯圖對于輸出u論域是離散的，其論域均取｛0,10｝，設置7個隸屬度函數,分別為NB、NM、NS、0、PS、PM、PB,即隸屬函數有7條，隸屬形狀為三角形(trimf)。如圖2.4所示。圖2.4u的隸屬度函數編輯圖點擊Edit菜單中的Rules選項打開模糊控制編輯器(Ruleedit)，將需要建立的模糊控制規則表添加到規則庫中。規則編輯結果如圖 2.5所示。■RuleEditor>hkN|[n|XFiZeEdit.ViewDptions1.圖2.4u的隸屬度函數編輯圖點擊Edit菜單中的Rules選項打開模糊控制編輯器(Ruleedit)，將需要建立的模糊控制規則表添加到規則庫中。規則編輯結果如圖 2.5所示。■RuleEditor>hkN|[n|XFiZeEdit.ViewDptions1.IfteisNB)cnE(ec怎NB)thenfuisPB)f!)2_tt(eisNB)and(ectsNS)then(uisPM)(1J3if(eIsNB)◎門日feeisO)them(UIsPMJCl)」4-tf(eisNB)and(scisPS)then(uisPS)(115.If(eIsNB)and(BC店PB)theni(u唱O)(1J?.IfCeisNNDond(ec起NB)then(uisPB)C1)7-IT(eisNM)and(ectsNS)then(uisPM)(1)基ir(eisNh4)and(ec毎O)then*(uisPM)(1)9-tf(eisNM)andfeeisPS)then(uisPS)f1)110.]f(eIsNlrfjand(ectsPB)thenQjIsO>11If(Ei3NSJand(ec.isNB)th圖2.5模糊規則輸入界面點擊View菜單中的Rules選項可以打開模糊規則觀察器如圖2.6所示，irteIssrtd ec居Weight:Then<LiISNMNSQpsPMnertgolps'PMnDeleteruleAddrule ChangeruleRenamedFISto"mhkzHeto匚lose觀察模糊推理系統的輸入，輸出情況，為點擊View菜單中的Surfview選項可以打開模糊推理輸入輸出特性曲面，以圖形形式顯示模糊系統的輸入，輸出情況。最后使用File菜單中的Export選項將做好的模糊推理系統保存到磁盤(disk)和工作區(toworkspace)，取名為mhkz?fis。

圖2.6模糊規則觀察器圖Ke=—建立上述模糊控制器之后，按照下圖5.9建立模糊控制系統的仿真，本次設計系統采用的是二維的模糊控制器結構，在這個模糊控制器的設計過程中，還要合理的選擇模糊控制器輸入變量Ke、Kc,輸出控制量的系數Ku。Ke、Kc、Ku的計算方Ke=—（2.1）Xen為誤差變量模糊子集的最大值，x為誤差論域的幅值，通過計算得Ke=20。e2.2)2.2)Kc=m為誤差變化率變量模糊子集的最大值，xc為誤差變化率論域的幅值，由于模糊論域的取值為非對稱的，xc在取值時為模糊控制的變化范圍。通過計算得uKc=0.001o Ku=（2.3）bu為控制量論域的幅值，b為控制量模糊子集的最大值，由于模糊論域的取值為Ku=2o模糊控非對稱的，b在取值時為模糊控制的變化范圍。通過計算得制系統仿真如圖2.7Ku=2o模糊控20□r：ir￡適CorinifYI/叮上t_LIjiniMi20□r：ir￡適CorinifYI/叮上t_LIjiniMiy|om卅 y j.13?Tra'^i:cnf由：齊r：iril切時5 伽軌F簡泗肉曲1加Erfsrlyihi血仇單占『專：蒞加巾語児FSilledO''圖2.7模糊控制系統仿真圖其中stepl負載的參數設置，如圖2.8所示。PaT-anie*eiiHtE?phm^PaT-anie*eiiHtE?phm^Finalvalue:[toSdrnpfetime:|o[vjIr^^tpretveclorp^rannettci；as1-D[辺匡nablezerocrot$ingdetection]CancelIIHelp圖2.8step的參數設置圖

建成仿真模型之后雙擊FuzzyLogicController選擇LookUnderMask,輸入mhkz建立聯系。當成功建立聯系后，中間會顯示 FIS，如圖2.9所示。圖2.9FIS與Simulink的連接運行仿真程序，得到的仿真曲線如圖2.10所示。圖2.10直流電機模糊控制系統仿真崩線圖采用傳統P1D控制得到的輸出波形在快速響應方面做得較好，能較快的達到穩態值，但超調量超出了很多。而模糊控制系統的性能優越、調節精度高，穩態性能好，超調明顯小，具有較強的魯棒性。[5]

第三章總結隨著科學技術的發展，智能控制技術日趨完善，在更多的領域廣泛應用。基于MATLAB的模糊控制系統，為在實際應用提供了一個參考，但是在實際應用中還應考慮實際的影響因素，例如環境對控制系統的影響、人為因素對控制系統的影響等。面對實際問題時應根據實際情況而分析。通過這次對模糊控制實現直流電機系統的控制，進一步強化了我的專業知識，同時也對MATLAB軟件有了進一步的熟悉，鍛煉了我的自學能力。基于MATLAB這個強大的平臺，通過這個平臺進行建模和仿真，得到了較為理想的效果。模糊控制能有效地的控制超調，在控制超調方面有優越性。參考文獻鐘麟，王峰.Matlab仿真技術與應用教程[M].北京：國防工業出版社，2004.王立紅，楊匯軍?基于Matlab的直流調速系統設計與仿真J]?遼寧工學院