直流電動機調速系統模糊控制的仿真

曾貴娥 崔曉

摘要

直流電動機由于具有良好的起動性能和調速性能，在一些比較特殊的行業中能夠體現出顯著的優越性，因此而被廣泛應用。文章主要研究了雙閉環直流電動機的調速系統模糊控制，分析其模型的構建以及設計要點，并且針對仿真所得出的研究結果，做出具體分析，可以發現，是模糊控制器確實能夠在直流電動機的速度變化和數值調整等方面做到有效管理。

【關鍵詞】直流電動機 調速系統 模糊控制仿真研究

現階段，在直流電動機的實際使用過程中，由于各個行業對于其性能的要求不同，作為一種非固定性的控制對象，其運行狀態的影響因素較多，出于控制和調節的要求，原有的控制系統不能做到實時掌握電動機的工作狀態參數變化情況，往往會導致調節性能較差，從而無法滿足部分行業對于使用的經歷要求，不能做到第一時間響應相關指令，所呈現出的效果較差。而模糊控制作為一種當今社會較為常見的智能化、自動化控制方式，對于被控制對象的精準度要求不高，因此，在這一情況下較為適用，本次研究主要就是針對直流電動機的調速系統做仿真研究，探討模糊控制的方式是否能夠起到預期作用。

1雙閉環調速系統的模糊控制

1.1調速系統的模糊控制模型

根據經典模式下較為常見的直流電動機雙閉環調速系統來說，其結構特征較為明顯，為了起到更好的控制效果，對于系統的構成必須有一個清楚的了解，結合多方面因素，可以得知，其結構中的重點在于外環轉速環這一組件，能夠直接影響到控制系統的工作性能。除此之外，外環電流環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的運作特征，從而方便整個系統對于外環的控制性能。在本次研究中，構建了基于直流電動機雙閉環調速系統的模糊控制模型，其中，在轉速環的控制方面使用了模糊控制的理念，而沒有針對內環控制做出改變，仍然使用傳統模式下的控制系統，研究電機工作狀態發生的變化。由于直流電動機的實際工作過程可能產生偏差，因此，在設計時就應當考慮到這一因素，加上幅度限制和調節的組件，最終所得如圖1所示。

1.2轉速環模糊控制器的設計

與此同時，針對轉速環這一組件，所使用的控制系統為相對較為簡單的二維模糊控制器，其結構特征較為明顯，輸入的變量，也就是直流電動機整體運行的角速度預定值和實際工作值之間存在的差異，以及其中上下浮動的規律，而輸出的變量就是電流工作的預定值，這一數值同時也可以作為電流調節系統的輸入值。

與此同時，預期設定值的數值變化也會影響到控制器作用的方式，因此，根據直流電動機的具體運行狀況，還應當適度調節輸入值的變化，其具體工作方式可以根據直流電動機雙閉環調速系統的控制實踐來得到。2仿真結果分析

本次研究的主要目的在于驗證模糊控制方式對于直流電動機工作的重要作用，以及對其工作準確性的提升，因此，主要采取的方式是仿真其角速度的響應特征，通過調整相應數值，觀察其結果的變化。為了使得研究結果顯示更加直觀，針對轉速的穩定形態、電阻電樞的變化，分別將其設為不同變量，在其他數值不變的情況下，進行了仿真研究，并且與傳統控制系統下的工作形態進行了集中比較。

2.1角速度的階躍響應特性

當改變指定系統的直流電動機輸入角速度的情況下，將其設定為80rad每秒，將其作為一個定量，調節其他相關比例因子，可以得到一個具有研究意義的數學模型曲線，此時，電動機的電阻和電樞工作狀態也隨之發生變化，同研究所得數學模型中可以發現，模糊控制的方式能夠在雙閉環調速系統的控制性能改善上，達到預期目標。

2.2轉速的穩態調節特性

除此以外，根據研究要求顯示，將直流電動機的輸入角速度減半，仍然將其作為一個定值，通過調節可以發現，其轉速曲線和電阻電樞工作狀態隨之改變，雖然中間具有一定差別，但整體效果仍然較為穩定，體現出了模糊控制系統顯著的優越性。

2.3電樞電阻變化時響應特性

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在直流電動機各方面運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作為一個固定值，觀察轉速的變化。當其增加10%的情況下，從所得數學曲線模型可以看出，模糊控制器此時起到的作用是傳統控制系統無法達到的，傳統模式下所需時間較長，影響較大。

2.4負載突變時的響應特性

將負載躍階改變為30N°m時，觀察電動機轉速、電阻電樞的工作對于這一變化的響應情況，可以發現，模糊控制系統對于電動機負載性能的變化適應能力較強，同時，所需反應時間較短，不影響其最終工作狀態。

3結束語

綜上所述，對于直流電動機的調速系統而言，由于其非線性特征，其相關工作狀態極其容易受到客觀環境因素變化的影響，從而改變其結構參數，因此，為了提高其控制與管理作用，研究相對應的模糊控制器，同時將轉速環作為其中一個調速的系統因素是十分有必要的。通過本次仿真研究結果可以發現，當輸入變量的值發生變化時，相較于傳統控制方式而言，模糊控制系統能夠更好的穩定直流電動機的工作性能，所起到的效果更好，但如果電機的工作參數和負載能力發生變化，則不產生適應能力。除此之外，仿真研究的方式能夠更直觀體現出研究結果的正確性，同時，對于被控制對象的依賴性減小，受到非線性因素的影響減弱，這一結果表明，模糊控制器無疑可以在直流電動機的工作中發揮出巨大作用。

參考文獻

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