直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)模糊控制的仿真

曾貴娥 崔曉

摘要

直流電動(dòng)機(jī)由于具有良好的起動(dòng)性能和調(diào)速性能，在一些比較特殊的行業(yè)中能夠體現(xiàn)出顯著的優(yōu)越性，因此而被廣泛應(yīng)用。文章主要研究了雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)模糊控制，分析其模型的構(gòu)建以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并且針對(duì)仿真所得出的研究結(jié)果，做出具體分析，可以發(fā)現(xiàn)，是模糊控制器確實(shí)能夠在直流電動(dòng)機(jī)的速度變化和數(shù)值調(diào)整等方面做到有效管理。

【關(guān)鍵詞】直流電動(dòng)機(jī) 調(diào)速系統(tǒng) 模糊控制仿真研究

現(xiàn)階段，在直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用過程中，由于各個(gè)行業(yè)對(duì)于其性能的要求不同，作為一種非固定性的控制對(duì)象，其運(yùn)行狀態(tài)的影響因素較多，出于控制和調(diào)節(jié)的要求，原有的控制系統(tǒng)不能做到實(shí)時(shí)掌握電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)變化情況，往往會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)性能較差，從而無法滿足部分行業(yè)對(duì)于使用的經(jīng)歷要求，不能做到第一時(shí)間響應(yīng)相關(guān)指令，所呈現(xiàn)出的效果較差。而模糊控制作為一種當(dāng)今社會(huì)較為常見的智能化、自動(dòng)化控制方式，對(duì)于被控制對(duì)象的精準(zhǔn)度要求不高，因此，在這一情況下較為適用，本次研究主要就是針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)做仿真研究，探討模糊控制的方式是否能夠起到預(yù)期作用。

1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的模糊控制

1.1調(diào)速系統(tǒng)的模糊控制模型

根據(jù)經(jīng)典模式下較為常見的直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)來說，其結(jié)構(gòu)特征較為明顯，為了起到更好的控制效果，對(duì)于系統(tǒng)的構(gòu)成必須有一個(gè)清楚的了解，結(jié)合多方面因素，可以得知，其結(jié)構(gòu)中的重點(diǎn)在于外環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)這一組件，能夠直接影響到控制系統(tǒng)的工作性能。除此之外，外環(huán)電流環(huán)的重要性也是不容忽視的，這一組件主要的作用在于可以改變電機(jī)的運(yùn)作特征，從而方便整個(gè)系統(tǒng)對(duì)于外環(huán)的控制性能。在本次研究中，構(gòu)建了基于直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的模糊控制模型，其中，在轉(zhuǎn)速環(huán)的控制方面使用了模糊控制的理念，而沒有針對(duì)內(nèi)環(huán)控制做出改變，仍然使用傳統(tǒng)模式下的控制系統(tǒng)，研究電機(jī)工作狀態(tài)發(fā)生的變化。由于直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作過程可能產(chǎn)生偏差，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)當(dāng)考慮到這一因素，加上幅度限制和調(diào)節(jié)的組件，最終所得如圖1所示。

1.2轉(zhuǎn)速環(huán)模糊控制器的設(shè)計(jì)

與此同時(shí)，針對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)這一組件，所使用的控制系統(tǒng)為相對(duì)較為簡(jiǎn)單的二維模糊控制器，其結(jié)構(gòu)特征較為明顯，輸入的變量，也就是直流電動(dòng)機(jī)整體運(yùn)行的角速度預(yù)定值和實(shí)際工作值之間存在的差異，以及其中上下浮動(dòng)的規(guī)律，而輸出的變量就是電流工作的預(yù)定值，這一數(shù)值同時(shí)也可以作為電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入值。

與此同時(shí)，預(yù)期設(shè)定值的數(shù)值變化也會(huì)影響到控制器作用的方式，因此，根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的具體運(yùn)行狀況，還應(yīng)當(dāng)適度調(diào)節(jié)輸入值的變化，其具體工作方式可以根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制實(shí)踐來得到。2仿真結(jié)果分析

本次研究的主要目的在于驗(yàn)證模糊控制方式對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)工作的重要作用，以及對(duì)其工作準(zhǔn)確性的提升，因此，主要采取的方式是仿真其角速度的響應(yīng)特征，通過調(diào)整相應(yīng)數(shù)值，觀察其結(jié)果的變化。為了使得研究結(jié)果顯示更加直觀，針對(duì)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定形態(tài)、電阻電樞的變化，分別將其設(shè)為不同變量，在其他數(shù)值不變的情況下，進(jìn)行了仿真研究，并且與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)下的工作形態(tài)進(jìn)行了集中比較。

2.1角速度的階躍響應(yīng)特性

當(dāng)改變指定系統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)輸入角速度的情況下，將其設(shè)定為80rad每秒，將其作為一個(gè)定量，調(diào)節(jié)其他相關(guān)比例因子，可以得到一個(gè)具有研究意義的數(shù)學(xué)模型曲線，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電阻和電樞工作狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，同研究所得數(shù)學(xué)模型中可以發(fā)現(xiàn)，模糊控制的方式能夠在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制性能改善上，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2.2轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)特性

除此以外，根據(jù)研究要求顯示，將直流電動(dòng)機(jī)的輸入角速度減半，仍然將其作為一個(gè)定值，通過調(diào)節(jié)可以發(fā)現(xiàn)，其轉(zhuǎn)速曲線和電阻電樞工作狀態(tài)隨之改變，雖然中間具有一定差別，但整體效果仍然較為穩(wěn)定，體現(xiàn)出了模糊控制系統(tǒng)顯著的優(yōu)越性。

2.3電樞電阻變化時(shí)響應(yīng)特性

除了將輸入角速度作為固定值以外，為了能夠更好的研究模糊控制系統(tǒng)在直流電動(dòng)機(jī)各方面運(yùn)作性能上說其他的作用，本次研究還將電阻和電樞的工作狀態(tài)作為一個(gè)固定值，觀察轉(zhuǎn)速的變化。當(dāng)其增加10%的情況下，從所得數(shù)學(xué)曲線模型可以看出，模糊控制器此時(shí)起到的作用是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無法達(dá)到的，傳統(tǒng)模式下所需時(shí)間較長(zhǎng)，影響較大。

2.4負(fù)載突變時(shí)的響應(yīng)特性

將負(fù)載躍階改變?yōu)?0N°m時(shí)，觀察電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電阻電樞的工作對(duì)于這一變化的響應(yīng)情況，可以發(fā)現(xiàn)，模糊控制系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載性能的變化適應(yīng)能力較強(qiáng)，同時(shí)，所需反應(yīng)時(shí)間較短，不影響其最終工作狀態(tài)。

3結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)而言，由于其非線性特征，其相關(guān)工作狀態(tài)極其容易受到客觀環(huán)境因素變化的影響，從而改變其結(jié)構(gòu)參數(shù)，因此，為了提高其控制與管理作用，研究相對(duì)應(yīng)的模糊控制器，同時(shí)將轉(zhuǎn)速環(huán)作為其中一個(gè)調(diào)速的系統(tǒng)因素是十分有必要的。通過本次仿真研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入變量的值發(fā)生變化時(shí)，相較于傳統(tǒng)控制方式而言，模糊控制系統(tǒng)能夠更好的穩(wěn)定直流電動(dòng)機(jī)的工作性能，所起到的效果更好，但如果電機(jī)的工作參數(shù)和負(fù)載能力發(fā)生變化，則不產(chǎn)生適應(yīng)能力。除此之外，仿真研究的方式能夠更直觀體現(xiàn)出研究結(jié)果的正確性，同時(shí)，對(duì)于被控制對(duì)象的依賴性減小，受到非線性因素的影響減弱，這一結(jié)果表明，模糊控制器無疑可以在直流電動(dòng)機(jī)的工作中發(fā)揮出巨大作用。

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