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1、基于模糊控制的直流电机基于模糊控制的直流电机 PWM 调速系统调速系统 直流电机由于具有良好的调速特性，宽广的直流电机由于具有良好的调速特性，宽广的调速范围，长期以来在对调速性能指标要求较高调速范围，长期以来在对调速性能指标要求较高的场合得到了广泛的应用。的场合得到了广泛的应用。 研究背景研究背景存在问题存在问题 在电机低速运行整流桥输出电压较低时，电网输入在电机低速运行整流桥输出电压较低时，电网输入电流功率因数低，谐波分量比较大，对电网特别是公共直电流功率因数低，谐波分量比较大，对电网特别是公共直流电网有不利的影响。流电网有不利的影响。 直流电机调速系统是一个复杂的多变量、非线性控制直流电机
2、调速系统是一个复杂的多变量、非线性控制系统，控制参数多，各个参数之间相互影响，抗干扰能力系统，控制参数多，各个参数之间相互影响，抗干扰能力较弱，不适合需要高控制性能的场合。较弱，不适合需要高控制性能的场合。解决办法解决办法 为了增强直流电机调速系统的抗干扰能力和鲁棒性，为了增强直流电机调速系统的抗干扰能力和鲁棒性，提高调速系统的响应速度和稳态精度，提高调速系统的响应速度和稳态精度， 提出了基于模糊提出了基于模糊控制的直流电机控制的直流电机PWM 调速系统。调速系统。PWMPWM调速机理调速机理 在线检测电机转速的实时变化，通过模糊控制选择合在线检测电机转速的实时变化，通过模糊控制选择合适的控制
3、语言，对适的控制语言，对PWM 开关器件的导通时间加以控制，开关器件的导通时间加以控制，从而驱动直流电机达到调速的目的。从而驱动直流电机达到调速的目的。 且且PWM 调速时，电调速时，电源侧一般不采用二极管不控整流，有利于改善电网功率因源侧一般不采用二极管不控整流，有利于改善电网功率因数和减少谐波对电网的污染。数和减少谐波对电网的污染。 系统构成及原理 基于模糊控制的直流电机脉基于模糊控制的直流电机脉宽调制调速系统主要由模糊控制宽调制调速系统主要由模糊控制器、器、PWM 驱动电路和直流电机组驱动电路和直流电机组成成。 图中，图中， wr(k)表示给定转速，表示给定转速，wa(k)表示实际转速，
4、表示实际转速，e表示表示转速偏差，转速偏差，ce 表示转速偏差率，表示转速偏差率，c表示模糊控制量，表示模糊控制量，k1、k2、k3表示增益量，其值由所设计的模糊控制器的论域决定。表示增益量，其值由所设计的模糊控制器的论域决定。 系统框图系统框图 将反馈的直流电机的实际转速与给定转速进行将反馈的直流电机的实际转速与给定转速进行比较，得到转速偏差和偏差率，并使之模糊化，由比较，得到转速偏差和偏差率，并使之模糊化，由模糊控制器经推理运算得到合适的控制语言，经过模糊控制器经推理运算得到合适的控制语言，经过一定的处理，来控制驱动电路的脉宽调制系统，从一定的处理，来控制驱动电路的脉宽调制系统，从而实现对
5、直流电机的转速调节。而实现对直流电机的转速调节。调速过程调速过程直流电机数学模型 他励直流电动机的电压方程：他励直流电动机的电压方程： (1) (2) 电磁转矩：电磁转矩： (3) 转矩方程：转矩方程： (4)ffffipLRu)(fafaaaaiGipLRu)(afefei iGT LeTRJpT)( 模糊控制模糊控制器设计过程中，器设计过程中，将输入量按一定的模糊控制将输入量按一定的模糊控制规则自动进行推理运算，模规则自动进行推理运算，模仿专家经验，获取问题的求仿专家经验，获取问题的求解解。本系统。本系统模糊控制的主要模糊控制的主要目的是控制电机的转速，因目的是控制电机的转速，因而控制规则
6、依赖的是实际转而控制规则依赖的是实际转速与给定基准转速的差异比速与给定基准转速的差异比较。较。模糊控制器设计 所设计的驱动电路采用脉宽调制技术，用到的电力电子所设计的驱动电路采用脉宽调制技术，用到的电力电子器件是具有自关断能力的电压控制型器件器件是具有自关断能力的电压控制型器件N 沟道沟道IGBT 以及续以及续流二极管流二极管VD。直流电机的励磁方式为他励式。直流电机的励磁方式为他励式。PWM PWM 驱动电路设计驱动电路设计 用用MATLAB/SIMULINK 对上述系统进行仿真实验。他励对上述系统进行仿真实验。他励直流电机的参数：直流电机的参数：Ra =0.5 ，La =0.003 H，J
7、 =0.0167 kg m2，G = af f G i =0.8，R =0.0167。系统参数：。系统参数：wr =200 rad/s，k1=1/200，k2 =1，k3 = 200103，IGBT 的开关频率的开关频率2kHz。0.6s 时，对电机突加负载时，对电机突加负载50 N m。转速偏差。转速偏差e(t)、PWM 驱驱动电路的输入量动电路的输入量 (t)、转速、转速w(t)和转矩和转矩Te的仿真结果的仿真结果如图所如图所示：示：仿真实验仿真实验仿真结果仿真结果 仿真结果表明仿真结果表明：智能控智能控制技术和制技术和PWM技术的引入能技术的引入能有效抑制超调量，提高系统有效抑制超调量，
8、提高系统响应速度和稳态性能，并且响应速度和稳态性能，并且模糊控制技术能优化系统结模糊控制技术能优化系统结构，使系统具有较强的鲁棒构，使系统具有较强的鲁棒性和抗干扰能力性和抗干扰能力 该系统将转速偏差和转速偏差率模糊化为模糊该系统将转速偏差和转速偏差率模糊化为模糊控制器的输入语言变量，根据所制定的一套模糊控控制器的输入语言变量，根据所制定的一套模糊控制规则来选择控制制规则来选择控制PWM中开关管中开关管IGBT导通时间的输导通时间的输出语言变量，并以此通过脉宽调制技术来驱动直流出语言变量，并以此通过脉宽调制技术来驱动直流电机电机。通过实验结果表明：该系统能有效的抑制超。通过实验结果表明：该系统能有效的抑制超调现象，提高系统的响应速度和稳态性能。调现象，提高系统的响应速度和稳态性能。结论结论 谢谢！谢谢！