直流電機(jī)速度控制比較

甘家梁，李志敏，徐翠琴，談懷江

（湖北工程學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院，湖北 孝感 432100）

0 引 言

直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，它具有很好的硬機(jī)械特性、優(yōu)良的調(diào)速性能、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性等特點(diǎn)，所需控制設(shè)備簡(jiǎn)單高效，是目前大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇.他勵(lì)電動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)的一種，其勵(lì)磁繞組和電樞繞組可以分別由兩個(gè)獨(dú)立的電源供電，具有調(diào)速范圍很寬和環(huán)保、高效的特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，如：機(jī)械加工、起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備.根據(jù)其特點(diǎn)，可以通過(guò)控制電樞回路和勵(lì)磁回路的參數(shù)，十分方便地控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行轉(zhuǎn)速，同時(shí)使勵(lì)磁電流較小，實(shí)現(xiàn)電能效率最大化［1－2］.

比例積分微分（Proportion Integration Differentiation，以下簡(jiǎn)稱：PID）控制器，根據(jù)系統(tǒng)的誤差，通過(guò)調(diào)整比例、積分、微分計(jì)算出控制參數(shù)來(lái)獲得良好控制效果，但參數(shù)整定值只限于局域性的優(yōu)化值，全局控制效果不是很理想.目前，模糊邏輯控制（Fuzzy Logic Control，以下簡(jiǎn)稱：FLC）系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用在交直流調(diào)速控制系統(tǒng)中，而且在電力拖動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用也非常廣泛.FLC作為一種智能控制方法，其最大優(yōu)點(diǎn)是不依賴于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，能夠克服非線性因素的影響，對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象的參數(shù)變化具有較強(qiáng)的魯棒性，而且控制性能優(yōu)越［1－4］.

筆者利用Matlab仿真軟件，分別將PID控制與FLC系統(tǒng)應(yīng)用于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的控制中，并作了仿真比較研究.

1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和控制器

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)由電樞和勵(lì)磁線圈組成，它的主磁極由單獨(dú)設(shè)置的勵(lì)磁線圈產(chǎn)生，其勵(lì)磁電流由另設(shè)的直流電源供電.采用電樞／勵(lì)磁控制的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)等效電路如圖1所示.

圖1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)等效電路Fig.1 Equivalent circuit representation for a separately－excited direct current motor

由圖1可知：電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁通Φ由勵(lì)磁線圈電流決定，如果電機(jī)互感磁通工作在磁化線性特性上，那么定子磁通與定子電流呈線性關(guān)系，即Φ＝F（if）.在飽和區(qū)，Φ 為常數(shù)，電機(jī)工作在恒定的勵(lì)磁狀態(tài)；如果磁場(chǎng)不飽和（正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要限制最大勵(lì)磁電壓，使磁場(chǎng)處于不飽和狀態(tài)，使勵(lì)磁電流的最大值對(duì)應(yīng)于電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)CmΦ的最大值），則Φ＝Lfif

［3，5－6］.他勵(lì)電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，互感的值很小，可以忽略不計(jì)，兩極間補(bǔ)償繞組電樞反應(yīng)的影響最小化.

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Eback和電壓Va之間的差異通常只有百分之幾，電磁轉(zhuǎn)矩除了克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL、摩擦轉(zhuǎn)矩Tf，還使系統(tǒng)產(chǎn)生角加速度.那么，描述電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型如下：

式（1）中：ω為直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的瞬時(shí)角速度；Eback＝KE·Φ·ω，為電動(dòng)機(jī)的反抗電動(dòng)勢(shì)；Te（t）＝Cm·Φ·ia為電磁轉(zhuǎn)矩方程；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Bm為粘性摩擦系數(shù)；Cm為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Tf為摩擦轉(zhuǎn)矩.

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)常用的控制方法是根據(jù)所需負(fù)載變化來(lái)設(shè)定軸上速度保持相對(duì)恒定，這種方法被稱為電樞電壓控制.使用這種方法時(shí)，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的速度在額定值的情況下可以通過(guò)保持勵(lì)磁電壓Vf恒定而改變其電樞端電壓Va來(lái)控制.當(dāng)電樞電壓升高時(shí)，電樞電流隨之增大，電機(jī)轉(zhuǎn)矩增加，從而增加電機(jī)的速度.電樞電阻的下降往往要小，因此，在額定電壓范圍之內(nèi)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升與電樞電壓的變化成正比，電機(jī)的速度是額定轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)應(yīng)的是電機(jī)額定電樞電壓和額定勵(lì)磁電壓.電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小取決于電樞電流和勵(lì)磁電流.如果電機(jī)連續(xù)運(yùn)行，最大電樞電流不應(yīng)該高于其額定的值.當(dāng)電樞電流和勵(lì)磁電壓在其額定的值時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的是額定轉(zhuǎn)矩.當(dāng)電機(jī)的速度在額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)運(yùn)行時(shí)，可以提供超過(guò)額定轉(zhuǎn)矩的最大轉(zhuǎn)矩的情況下持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行.

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的速度控制可以使用內(nèi)外雙環(huán)控制回路.控制原理圖如圖2所示，圖中DCCT為直流電流互感器.

雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)包含兩個(gè)控制環(huán).一個(gè)是電流控制內(nèi)環(huán)，其作用是使電流隨給定參考值的變化而變化，保證他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并抑制電壓擾動(dòng)造成的轉(zhuǎn)矩波動(dòng).另外一個(gè)是速度外環(huán)，其作用是保證輸出轉(zhuǎn)速跟隨輸入命令變化，并抑制負(fù)載的擾動(dòng)［7］.

圖2 雙環(huán)控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制圖Fig.2 Variable speed control for separately excited direct current motor using servo system

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)主要適用于兩種類型的負(fù)載：那些需要速度變化的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和其電源要求額定轉(zhuǎn)速以上的速度不斷變化的負(fù)載.圖3和圖4分別表示的是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的功率對(duì)應(yīng)速度及轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)速度的特性曲線，也表示的是變頻器可控硅觸發(fā)角與轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系圖.如果是全波整流器，其觸發(fā)角調(diào)節(jié)范圍可以超過(guò)90°，電源供電可以由正向電源供電變換為反向電源供電，電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向也變了.這兩個(gè)特性曲線圖可以確定電機(jī)的速度控制的方法.電樞電壓控制用于需要速度變化到滿負(fù)荷的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，而勵(lì)磁電流控制（也稱弱磁控制）常用于速度變化要求超過(guò)滿負(fù)荷轉(zhuǎn)速以上的恒功率的負(fù)載.兩種速度控制方法是在不超過(guò)額定負(fù)荷的條件下，滿足提供機(jī)械負(fù)荷的要求.

圖3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)功率與速度特性曲線Fig.3 Power－speed characteristics of the direct current motor

圖4 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與速度特性曲線Fig.4 Torque－speed characteristics of the direct current motor

可以用PID控制器和FLC控制器通過(guò)控制電樞電壓來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)速度.

1.1 PID控制器

PID控制器在工業(yè)控制器中得到廣泛的應(yīng)用，它可以針對(duì)特定的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).PID控制器可用于大多數(shù)控制回路的電氣驅(qū)動(dòng)，可以在模擬和數(shù)字兩種形式下工作.PID控制的系統(tǒng)原理框圖如圖5所示.

圖5 PID控制系統(tǒng)原理框圖Fig.5 Proportional，integral plus differential arrangement

從式（2）可以看出，PID控制器的輸出由三項(xiàng)構(gòu)成：比例控制、積分控制和微分控制.比例控制調(diào)節(jié)作用及時(shí)，能迅速反映偏差，從而減少偏差.但是比例控制不能完全消除無(wú)積分器的對(duì)象的穩(wěn)態(tài)誤差，當(dāng)Kp調(diào)得太大時(shí)，可能引起系統(tǒng)不穩(wěn)定.積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，積分項(xiàng)對(duì)應(yīng)的控制量會(huì)不斷增大，以消除偏差.因而，只要有足夠的時(shí)間，積分控制將能完全消除偏差.積分控制是靠對(duì)偏差的積累進(jìn)行控制的，其控制作用緩慢，如果積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩.微分控制具有預(yù)測(cè)誤差變化趨勢(shì)的作用，可以減少超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提高，同時(shí)可以加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減少調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能.

1.2 模糊邏輯控制器

作為一種人工智能手段，模糊邏輯控制是基于模仿專家經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜抑R(shí)庫(kù)，按一定的模糊邏輯控制規(guī)則將語(yǔ)言控制策略自動(dòng)進(jìn)行推理運(yùn)算，轉(zhuǎn)換成一個(gè)自動(dòng)邏輯控制策略，從而獲得問(wèn)題的求解，在處理不確定性和不精確性問(wèn)題時(shí)具有良好的魯棒性.模糊邏輯控制系統(tǒng)控制他勵(lì)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖6所示.

一個(gè)基本模糊邏輯控制器結(jié)構(gòu)包括以下三個(gè)方面：

a.模糊化：把精確量（如偏差e和偏差變化ec）向相應(yīng)的模糊量（E、EC）轉(zhuǎn)化；

圖6 模糊邏輯控制系統(tǒng)控制直流電機(jī)速度結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Speed control of direct current by fuzzy logic algorithm

b.模糊控制算法的設(shè)計(jì)：通過(guò)一組模糊條件語(yǔ)句構(gòu)成模糊控制規(guī)則，并推導(dǎo)出模糊控制規(guī)則決定的模糊關(guān)系；

c.模糊判決：把推理結(jié)果（U）從模糊量轉(zhuǎn)化為用于可以實(shí)際控制的精確量（u）.

根據(jù)上面所述的基本功能，就可以構(gòu)建一個(gè)基本的直流電機(jī)模糊控制器.

首先，設(shè)置模糊邏輯控制器的電機(jī)角速度的輸入變量的偏差e（t）和偏差變化的de（t）.控制電壓u（t）是模糊邏輯控制器的輸出變量［4，6］.

在模糊控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，采用負(fù)大（NB）、負(fù)小（NS）、零（ZO）、正?。≒S）、正大（PB）5個(gè)模糊狀態(tài)描述轉(zhuǎn)速偏差e（t）和轉(zhuǎn)速偏差率de（t），則語(yǔ)言的變量被定義為｛NB，NS，Z，PS，PB｝.模糊邏輯控制器的隸屬函數(shù)如公式（3）所示.模糊規(guī)則總結(jié)如表1所示.模糊推理機(jī)的類型是Mamdani型.在這項(xiàng)研究中的模糊推理機(jī)制如下：

式（3）中，μAj（e（t））為e（t）的隸屬度函數(shù)，μAj（de（t））是de（t）的隸屬度函數(shù)，μBj（u（t））是u（t）的隸屬度函數(shù)，j是模糊控制集的每一個(gè)隸屬函數(shù)的索引，m 是許多規(guī)則和推斷結(jié)果［8］.模糊輸出u（t）可以通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算

通過(guò)該公式推斷后輸出邏輯控制規(guī)則.

表1 基于模糊邏輯控制的IF－THEN規(guī)則Table 1 IF－THEN rule based of FLC

2 案例分析及仿真結(jié)果

2.1 他勵(lì)直流電機(jī)的啟動(dòng)研究

在研究直流電機(jī)調(diào)速的實(shí)際應(yīng)用中，從啟動(dòng)到穩(wěn)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié).直流電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流很大，可以達(dá)到額定電流的10～20倍.巨大的起動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)及其輔助設(shè)備極易造成破壞，且會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大的沖擊.為降低起動(dòng)電流，可以采取降低電樞電壓、電樞繞組串電阻分級(jí)起動(dòng)等起動(dòng)方式，其中后者因所用設(shè)備簡(jiǎn)單，投資小而被廣泛應(yīng)用.

本研究中用的轉(zhuǎn)換器晶閘管和他勵(lì)直流電機(jī)的規(guī)格及參數(shù)分別列于表2和表3.

表2 轉(zhuǎn)換器晶閘管的規(guī)格Table 2 Specifications of thyristor converter

為了研究的順利開(kāi)展，專門設(shè)計(jì)了直流電機(jī)起動(dòng)器，為了限制起動(dòng)時(shí)大浪涌電流和電樞上產(chǎn)生大的感應(yīng)電感，采用七級(jí)分級(jí)起動(dòng)電阻進(jìn)行起動(dòng)，然后通過(guò)電路變換逐級(jí)把串接的七個(gè)啟動(dòng)電阻斷開(kāi)，電路圖如圖7所示.只要分段電阻設(shè)置合理，便能把起動(dòng)電流限制在允許的范圍內(nèi)，并具有足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能在較短時(shí)間內(nèi)完成起動(dòng)到平穩(wěn)運(yùn)行的過(guò)程.串接在電路中的電阻是臨時(shí)的，因?yàn)殡娮璧拇霑?huì)導(dǎo)致過(guò)多的能量損失，會(huì)影響電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性，導(dǎo)致帶負(fù)載能力的下降.隨著電機(jī)容量的增加起動(dòng)的步驟也要增加.實(shí)驗(yàn)中用20，40和60N·m來(lái)模擬負(fù)載轉(zhuǎn)矩，用一個(gè)單結(jié)晶體管、一個(gè)741集成電路芯片和其它元件組成一個(gè)定時(shí)器開(kāi)關(guān)電路，其輸出信號(hào)作為D觸發(fā)器的時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)，輸出電平為（高與低）同步脈沖正沿觸發(fā)信號(hào)，周期為5.72ms.通過(guò)多端口開(kāi)關(guān)設(shè)置循環(huán)采樣時(shí)間為50s，那么每一級(jí)的啟動(dòng)延遲時(shí)間如表4所示.電路中的大功率晶閘管必須承受243.038A起動(dòng)電流和240V峰值反向電壓，把多個(gè)晶閘管進(jìn)行并聯(lián)來(lái)滿足超大功率電機(jī)的需要.分級(jí)起動(dòng)電阻可以從以下幾何級(jí)數(shù)計(jì)算.

表3 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的規(guī)格和參數(shù)Table 3 Specifications and parameters of direct current motor

表4 電樞串電阻起動(dòng)及延遲時(shí)間Table 4 Starting resistance and time for each step

2.2 PID控制器和FLC控制器的仿真系統(tǒng)框圖

為了達(dá)到高精度的速度控制，得到較好的動(dòng)靜態(tài)性能，在控制系統(tǒng)中需要引入電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，組成電流和速度兩個(gè)負(fù)反饋控制環(huán)，其中電流反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，速度反饋環(huán)為外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的反應(yīng)要比速度外環(huán)的反應(yīng)快得多.

逆變器廣泛用于電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)電樞電壓輸出的大小和降低勵(lì)磁電壓均可實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度調(diào)節(jié).這兩種調(diào)節(jié)方式均采用對(duì)逆變器電源的晶闡管的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)整，電壓調(diào)速范圍大，對(duì)電機(jī)的機(jī)械特性硬度影響不大，穩(wěn)定性好.晶闡管的導(dǎo)通角信號(hào)給定由雙環(huán)控制系統(tǒng)輸出.因此，只要控制電流環(huán)和速度環(huán)均可實(shí)現(xiàn).速度環(huán)根據(jù)給定速度與檢測(cè)到的實(shí)際速度差值，經(jīng)過(guò)速度PI調(diào)節(jié)器對(duì)相應(yīng)的差值進(jìn)行處理，處理結(jié)果作為電流環(huán)的給定值；同樣，電流環(huán)需要根據(jù)電流給定值與檢測(cè)到的實(shí)際電流差值，通過(guò)電流PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行處理；并將差值輸出為一定占空比的脈沖寬度調(diào)制波（Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱PWM），該P(yáng)WM波作為功率開(kāi)關(guān)元件的門極的驅(qū)動(dòng)信號(hào).

圖7 串接七個(gè)電阻的直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電子線路圖Fig.7 Electronic circuit with seven steps for direct current motor starter

直流電機(jī)轉(zhuǎn)樞的平均輸出電壓可以通過(guò)計(jì)算控制電源逆變器的輸出電壓得到：

對(duì)于大功率的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓是通過(guò)三相半波或全波電源逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn)的［9－10］.

圖8、圖9所示為采用PID和FLC控制方法控制他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的速度的MATLAB仿真系統(tǒng)框圖.電機(jī)系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)如下：電動(dòng)機(jī)額定功率是6.3kW，額定電樞電流是Ia＝15A，最大電樞電流是75A，Ra＝0.985Ω，La＝0.01244H，勵(lì)磁線圈電阻Rf＝102.3Ω，Lf＝20.82H，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J＝0.1239kg·m2.其它參數(shù)見(jiàn)表1.PID控制器的參數(shù)設(shè)置為Kp＝3.0，Ki＝0.341，Kd＝0.58.

2.3 仿真結(jié)果

圖8 用PID控制器的直流電機(jī)調(diào)速控制MATLAB仿真Fig.8 MATLAB simulation for speed control of direct current motor using PID controller

圖9 用FLC控制器的直流電機(jī)調(diào)速控制MATLAB仿真Fig.9 MATLAB simulation for speed control of direct current motor using FLC controller

直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)的模糊控制結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，圖中k1、k2分別為偏差e、偏差變化de量化比例因子，k3為控制量的量化比例因子；圖10是直流電機(jī)模糊控制變速度輸出變量隸屬度函數(shù)；圖11是基于控制角度和偏差的模糊規(guī)則觀測(cè)器，模糊化過(guò)程是根據(jù)輸入數(shù)據(jù)變量模糊子集的隸屬度函數(shù)找出相應(yīng)隸屬度值的過(guò)程，由此產(chǎn)生的模糊集轉(zhuǎn)換為一個(gè)能被發(fā)送到處理器的控制信號(hào).基于模糊邏輯控制算法偏差e、偏差變化de和控制量u的IF－THEN規(guī)則庫(kù)如表1所示.偏差1是物理上對(duì)應(yīng)參考和旋轉(zhuǎn)速度的測(cè)量值之間的差異，而偏差2是物理對(duì)應(yīng)參考和電樞電流測(cè)量值之間的差異.當(dāng)電樞電流誤差8.16%時(shí)，則轉(zhuǎn)速的誤差是12.5%，最佳觸發(fā)角是29.9°.圖12和圖13分別所示是使用模糊邏輯控制和PID控制的電樞電壓變化仿真圖，圖14和圖15分別所示是用PID控制器和用FLC控制器控制觸發(fā)角在85°～150°變化時(shí)的電機(jī)速度Matlab仿真，從仿真圖可以看出：用FLC控制器控制電機(jī)達(dá)到同樣的速度，控制系統(tǒng)可控硅的觸發(fā)角要小些，說(shuō)明用FLC控制電機(jī)調(diào)速的范圍要寬些.表5是PID控制器和FLC控制器輸出響應(yīng)比較分析.從比較分析看，在超調(diào)量方面PID性能優(yōu)于FLC，PID的超調(diào)量為0，而FLC有16%的超調(diào)量.但比較兩種控制器達(dá)到穩(wěn)定的上升時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，F(xiàn)LC控制器更好；在調(diào)速范圍方面，同樣激勵(lì)條件下，用PID控制器控制他勵(lì)直流電機(jī)的電樞電壓范圍在230～265V之間，用FLC控制器控制他勵(lì)直流電機(jī)的電樞電壓范圍在145～265V之間，這意味著FLC同PID控制器相比調(diào)速范圍增加了37%.

圖10 偏差e（t），偏差變化de，控制量u的標(biāo)準(zhǔn)化的隸屬函數(shù)Fig.10 Membership for fuzzy variable

圖11 模糊規(guī)則觀測(cè)器Fig.11 Illustrates rule viewer

圖12 用FLC控制的電樞電壓變化的仿真Fig.12 Illustrates armature voltage variation using FLC

圖13 用PID控制的電樞電壓變化的仿真Fig.13 Armature voltage variation using PID

圖14 用FLC控制的電機(jī)速度和觸發(fā)角度仿真圖Fig.14 Matlab Simulation for speed and firing angle using FLC controller

圖15 用PID控制的電機(jī)速度和觸發(fā)角度仿真圖Fig.15 Matlab simulation for speed and firing angle using PID

表5 PID控制器和FLC信號(hào)響應(yīng)輸出比較Table 5 Coparative study of various controller

3 結(jié) 語(yǔ)

筆者用PID控制器和FLC控制器控制他勵(lì)直流電機(jī)并進(jìn)行了對(duì)比研究.PID控制器與FLC控制器相比，原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是建立在控制對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，是線性控制，因此設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)都相對(duì)容易，對(duì)于那些電機(jī)控制要求超調(diào)量小的，電壓調(diào)節(jié)范圍不寬的，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮PID控制.FLC控制器是基于軟件的規(guī)則和硬件的組合，是建立在專家知識(shí)庫(kù)和人工操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，不需要對(duì)控制對(duì)象建立精確的數(shù)學(xué)模型，尤其對(duì)那些不易獲得精確的數(shù)學(xué)模型或者數(shù)學(xué)模型多變一類控制對(duì)象，而魯棒性要求高，響應(yīng)時(shí)間快的，穩(wěn)定時(shí)間要求短的場(chǎng)合，F(xiàn)LC具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有更好的設(shè)計(jì)參數(shù)，組成的控制系統(tǒng)更容易滿足非線性控制系統(tǒng)（也滿足線性標(biāo)準(zhǔn)）要求.從控制系統(tǒng)應(yīng)用的角度考慮，兩者各有優(yōu)勢(shì)，孰優(yōu)孰劣就根據(jù)控制對(duì)象的特性而定.

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