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基于Matlab的模糊PID双闭环直流调速系统的仿真(精)--第1页

基于Matlab的模糊PID双闭环直流调速系统的仿真

安徽理工大学李恒韩向锋

摘要本文针对开环直流调速系统启动冲击电流大,转速调节速度慢等特点上,建

立了双闭环控制系统,仿真结果显示系统性能指标有了大提高。在此基础上,速度调

节器采用模糊控制技术作为外环控制,内环采用PI控制,经MAT-LAB仿真结果表

明,直流调速控制系统的性能指标得到了一定的改善。

关键字三相整流双闭环直流调速模糊控制

在现代化的工业生产过程中,许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平

滑调节,并且要求有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率

小、稳定性好,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起制动和

反转等良好的动态性能,能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求在

高性能的拖动技术领域中,相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。

开环直流调速由于自身的缺点几乎不能满足生产过程的要求,在应用广泛的双

闭环直流调速系统中,传统PID控制已经得到了比较成熟的应用。但是受电动机负

载等非线性因素的影响,传统的控制策略在实际应用中难以保持设计时的性能。随

着模糊控制技术应用的日渐成熟,又由于模糊控制不依赖于被控对象的精确数学模

型,能够克服非线性因素的影响,对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性,所以将模

糊控制与传统的PID控制结合可以起到很好的效果。模糊控制系统中,在当对象参

数、

1双闭环控制系统

本系统采用电流、转速两个独立调节器的双闭环控制结构,转速调节器的输出

就是电流调节器给定,因此电流环能够随转速的偏差调节电动机电枢的电流。当转

速低于给定转速时,转速调节器的输出增加,即电流给定上升,并通过电流环调节使电

动机电流增加,从而使电动机获得加速转矩,电动机转速上升,并通过电流环调节使电

动机电流下降,电动机将因为电磁转矩减小而减速。在当转速调节器饱和输出达到

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限幅值时,电流环既以最大电流限制实现电动机的加速,使电动机的起动时间最短,转

速、电流双闭环直流调速系统的仿真模型如图1。

图1双闭环调速系统

主电路的建模和模型参数设置与开闭环直流调速系统绝大部分相同,控制电路

包括:给定环节、速度调节器ASR、电流调节器ACR、滤波环节、电流反馈环节、

速度反馈环节等。给定环节的参数设置为120rad/s,电流反馈系数设为0.33,速度反

馈系数设为1.31。

双闭环系统有两个控制器--转速控制器ASR和电流控制器ACR。这两个调节

器均采用PI控制。

(a调节器模型(b分支模块

图2带饱和和输出限幅的PI调节器及分支结构

参数设置分别为:ACR:Kcp=13,Kci=2.5,上下限幅值为[130,-

130]ASR:Ksp=5.6,Ksi=2.7,上下限幅值为[40,-40],限幅器的上下限设置为:[50,-50]

图3双闭环仿真结果

仿真结果如图3所示。从仿真结果可以看到,启动过程的第一阶段是电流上升

阶段。突加给定电压,ASR的输入很大,其输出很快达到限幅值,电流上升也很快,接

近其峰值。第二阶段,ASR饱和,转速环相当于开环状态,系统表现为恒值电流给定作

用下的电流调节系统,电流基本上保持不变,拖动系统恒加速,转速线性增长。第三阶

段,当转速达到给定值后,转速调节器的给定与反馈电压平恒,输入偏差为0,但是由于