全数字直流调速系统模糊控制算法设计与实现

摘要

随着工业应用对伺服系统调速性能的要求不断提高，传统PI控制器已不能满足工业对调速精度、鲁棒性等方面的需求。智能控制算法的出现为解决这一问题指明了方向，本文在现有的研究和应用基础上，将模糊控制算法应用到伺服调速系统中，提高了系统调速精度和鲁棒性。
　　本文以直流电机为应用对象，在分析直流电机数学模型的基础上，搭建了Matlab环境下的双闭环调速系统仿真平台。本文首先采用伺服系统的工程设计方法，设计了电流环与速度环的PI调节器。通过仿真实验，验证传统PI调节器在调节精度、响应速度以及抗扰动等方面的局限性。为进一步提高伺服系统调速性能，本文对基于模糊逻辑的控制算法进行了深入研究，设计了Mamdani型模糊控制器、T-S型模糊控制器，分析了Mamdani型模糊控制器中输入量化因子和输出比例因子对系统性能的影响，在此基础上设计了一种自适应模糊控制器。通过实验对Mamdani型模糊控制器、T-S型模糊控制器、自适应模糊控制器和传统PI控制器在不同速度段下的调速性能进行了对比，验证了模糊控制器在提高伺服调速系统动静态性能上的优势。对比三种模糊控制器，自适应模糊控制器可以在线调整量化因子和比例因子，对控制对象的参数变化具有更好适应能力。
　　最后，在直流调速系统物理实验平台上，实现了本文提出的三种模糊控制算法，设计了相关物理实验。实验结果与仿真结果一致，验证了模糊控制算法的可行性与有效性，证明了模糊控制算法具有较强工程实践意义。

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1 绪论

1.1 选题的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究主要内容

2 直流电机调速系统设计及仿真

2.1 直流电机的模型及其控制

2.2 电流环的设计

2.3 速度环的设计

2.4 直流电机双闭环控制系统仿真及分析

2.5 本章总结

3 模糊控制算法设计及仿真

3.1 模糊控制原理的简介

3.2 Mamdani型模糊PI控制器的设计及仿真

3.3 T-S型模糊PI控制器的设计及仿真

3.4 量化因子和比例因子对系统性能影响的分析

3.5 自适应模糊PI控制器的设计及仿真

3.6 四种控制算法仿真结果对比分析

3.7 本章总结

4 物理实验及分析

4.1 实验平台

4.2 实验结果及分析

4.3本章总结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后期展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文