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1、主 要 内 容,引言直流电机模型的建立控制器设计系统仿真结论参考文献,引言,直流电动机在整个电力拖动应用中，占有十分重要的地位。相对于交流电动机，直流电机的调速性能更为优越，在大范围、高精度调速要求的应用中，成为首选。特别是现有的直流伺服电动机因多采用无刷设计，避免了电刷的维护，降低了外型尺寸，而被广泛应用于数控机床、过程控制中。因此，研究直流电动机的调速具有重要意义。由于电机的参数和模型受到其应用环境的影响，常规的PID控制在电机参数发生变化时，将变得不可靠。文中将模糊逻辑技术应用到电机调速系统中，可有效地避免电动机模型及外加载荷的变化对系统的影响。,直流伺服电机模型,电动机电枢回路的电压平
2、衡方程,电动机的反电动势方程,电动机的电磁转矩方程,电动机轴上的转矩平衡方程,电动机的粘性摩擦力矩方程,根据以上方程可得到系统的数学模型，系统方框图如下图所示。,电动机电枢回路的电磁时间常数,电动机电枢回路的机械时间常数,电压传递系数,转矩传递系数,Ra 电枢绕组的电阻（）La 电枢绕组的电感（H）J 转动部分折算到电动机轴上的总转动惯量（Nms2）Ce 电动机的电动势常数（Vs/rad）Cm 电动机的转矩常数（Vm/A）(t)电动机角速度（rad/s）ua(t)电枢电压（V）ea(t)电动机旋转时电枢两端的反电动势（V）ia(t)电枢电流（A）Mc(t)负载转矩（Nm）,直流伺服电机Simu
3、link模型,直流电机参数为：La=0.5H，Ra=2，Ce=0.2Vs/rad，Cm=0.2Vm/A，J=1.2Nms2，Cf=0.2 Nms/rad根据以上参数得到电机仿真模型及单位阶跃响应曲线如图所示：,图1 电机仿真模型,图2 单位阶跃响应曲线,PID控制器及参数自整定模糊控制PID控制器的设计,典型PID只能利用一组固定参数进行控制，这些参数不能兼顾动态性能和静态性能之间、设定值和抑制扰动之间的矛盾。为此，控制系统引入模糊推理，在PID初值基础上通过增加修正参数进行整定，改善系统动态性能。,图1 常规PID控制器系统结构,图2 参数自整定模糊PID控制器系统结构,模糊控制器设计,PI
4、D参数模糊自整定的原则,（1）|E|较大时，为加快系统响应速度，应取较大Kp；同时，为避免由于开始时e的瞬时变大可能出现的微分过饱和而使控制作用超出许可范围，应取较小Kd；为防止出现较大超调，产生积分饱和，应对积分加以限制，取Ki为零；（2）|E|和|EC|处于中等大小时，为使系统具有较小的超调，Kp应取小一些，Ki取值要适当，Kd要大小适中，以保证系统响应速度；（3）当|E|较小，即接近设定值时，为使系统有良好的稳态性能，应增加Kp，Ki取值。同时，为避免系统在设定值附近出现震荡，并考虑系统抗干扰性能，当|E|较大时，Kd可取小一些；|EC|较小时，Kd取大一些。,Kp模糊控制规则表,Ki模
5、糊控制规则表,Kd模糊控制规则表,控制系统仿真图,通过衰减曲线法整定PID参数，得到Kp=100Ki=45Kd=0.785,量化因子和比例因子的取值：,图1 PID子系统结构图,给定角速度为250rad/s，负载转矩为100Nm,给定值变化，转矩不变时，系统阶跃响应曲线,给定值、转矩信号,给定值不变，转矩变化时，系统阶跃响应曲线,给定值、转矩信号,给定值、转矩都变化时，系统阶跃响应曲线,给定值、转矩信号,精品课件！,精品课件！,结论,以上仿真结果表明，参数自整定模糊PID控制器控制效果明显优于常规PID控制器。在参数值不变的情况下，参数自整定模糊PID对于给定值、负载变化不敏感，控制效果无明显变化，具有较强的适应性和稳态精度，明显地增强了系统的跟随特性。,
