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摘 要

双闭环直流调速系统的控制方法有多种，目前使用最为广泛的为传统的PID控制发方法。然而由于传统的PID控制方法存在不足，现今又出现了一些其他的更为优越的控制方法，例如模糊控制，神经元控制等等。

本设计是以双闭环直流调速系统为研究对象，分别采用了传统的PID控制和模糊控制方法，来解决双闭环直流调速系统中的一些问题。首先设计出了常规PID控制的双闭环直流调速系统的仿真模型，并通过调整参数的形式，可以获得理想的结果，并且采用Matlab中的Simulink软件对该模型进行了仿真。

通常情况下，在工业现场的实际直流调速系统中，应用最广泛且技术最成熟的是转速、电流双闭环的直流调速系统。在传统的双闭环直流调速系统中，大都采用结构简单、性能稳定的PID调节器控制，但是该系统依赖于精确的数学模型，若是增加解决环节，系统模型将会变得复杂，从而会影响系统的可靠性。在此分析的基础上，本设计运用了另外一种基于模糊控制的双闭环直流调速系统的设计方案，通过设计模糊控制器来控制系统，采用Matlab中的Simulink软件进行仿真，得出仿真图像。

关键词： 双闭环直流调速；PID控制；模糊控制；Matlab仿真

Analysis and Research on Control Performance of Double Closed - loop DC Speed Control System

Abstract

Dual closed-loop DC speed control system has a variety of control methods, the most widely used for the traditional PID control method. However, due to the lack of traditional PID control methods, there are some other more favorable control methods, such as fuzzy control, neuron control and so on.

This design is based on the double closed-loop DC speed control system as the research object, respectively, using the traditional PID control and fuzzy control method to solve the double closed-loop DC speed control system in some of the problems. Firstly, the simulation model of double closed-loop DC speed control system with conventional PID control is designed, and the ideal result can be obtained by adjusting the parameter form, and the model is simulated by Simulink software in Matlab.

Under normal circumstances, in the industrial field of the actual DC speed control system, the most widely used and the most mature technology is the speed, current double closed-loop DC speed control system. In the traditional double closed-loop DC speed control system, most of the structure is simple, stable performance of the PID regulator control, but the system depends on the precise mathematical model, if the increase in the solution, the system model will become complex, which will affect System reliability. On the basis of this analysis, this design uses another design scheme of double closed-loop DC speed control system based on fuzzy control. Through the design of fuzzy controller to control the system, using Matlab Simulink software simulation, obtained simulation images.

Key words: Double Closed-loop DC Speed Regulation; PID Control; Fuzzy Control; Matlab Simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1选题的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3本文主要工作 1

第二章 系统设计理论 3

2.1 PID控制的发展历程 3

2.1.1PID控制的优点 3

2.1.2 PID控制的缺点 3

2.2模糊控制的发展历程 3

2.2.2模糊控制的发展趋势 3

2.2.3模糊控制的优点 4

2.3模糊控制系统的组成 4

2.3.1系统组成结构 4

2.3.2模糊控制系统的设计 5

2.4双闭环直流调速系统的发展及研究意义 6

2.4.1直流调速系统的组成 6

2.5系统仿真与MATLAB/Simulink简述 7

2.5.1系统仿真技术概述 7

2.5.2 MATLAB简介 8

第三章 PID控制 9

3.1系统的总体设计 9

3.1.1系统电路结构 9

3.1.2 PID控制原理 9

3.1.3 电流环与转速环选型 10

3.2电流环设计 11

3.2.1确定时间常数 11

3.2.2电流调节器的结构 12

3.2.3 计算电流调节参数 12

3.2.4 校验近似条件 13

3.2.5 计算调节器电阻和电容 14

3.2.6 电流环MATLAB仿真 14

3.3 转速环设计 15

3.3.1 确定时间常数 16

3.3.2选择转速调节器结构 16

3.3.3确定转速调节器参数 16

3.3.4校验近似条件 17

3.3.5调节器电阻和电容 17

3.3.6校核转速超调量 17

3.3.7 转速环MATLAB 仿真 18

3.4 本章小结 19

第四章 模糊控制 21

4.1 模糊控制器的设计 21

4.2模糊控制仿真实现 23

4.2.1新建模糊推理系统 23

4.2.2系统的结构 24

4.2.3编辑模糊逻辑推理的集体算法 24

4.2.4编辑输入、输出变量 25

4.2.5编辑模糊规则 27

4.2.6模糊规则观察器 27

4.2.7曲面观察器 28

4.3 二维模糊控制器仿真模型 28

4.4 转速控制实验 29

4.5 本章小结 31

第六章 总 结 31

致 谢 33

参考文献 34

附录 35

1. 绪 论

1.1选题的背景及意义

在各种闭环系统当中，常规PID控制器被普遍的应用，因为它的结构比较简单，精度也比较高，而且比较容易实现。因为直流电动机的一些缺点，比如说不是线性的，它的参数对于系统结构来说不是固定的，所以在常规的PID的控制下，整定的参数不能够达到最好的状态。而另一方面，PID控制在满足系统的快速性的同时，并不能满足系统的稳定，所以呢总是会获得差强人意的动态性能。模糊控制恰巧是不依赖于被控对象的精确数学模型，并且它能够适用于非线性、时变的复杂对象，在多变量系统当中也有应用。^[1]模糊控制可以弥补PID控制方法的缺陷甚至有所提高，能够获得更好的动态响应。

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