直流电动机调速系统模糊控制的仿真

曾贵娥 崔晓

摘要

直流电动机由于具有良好的起动性能和调速性能，在一些比较特殊的行业中能够体现出显著的优越性，因此而被广泛应用。文章主要研究了双闭环直流电动机的调速系统模糊控制，分析其模型的构建以及设计要点，并且针对仿真所得出的研究结果，做出具体分析，可以发现，是模糊控制器确实能够在直流电动机的速度变化和数值调整等方面做到有效管理。

【关键词】直流电动机 调速系统 模糊控制仿真研究

现阶段，在直流电动机的实际使用过程中，由于各个行业对于其性能的要求不同，作为一种非固定性的控制对象，其运行状态的影响因素较多，出于控制和调节的要求，原有的控制系统不能做到实时掌握电动机的工作状态参数变化情况，往往会导致调节性能较差，从而无法满足部分行业对于使用的经历要求，不能做到第一时间响应相关指令，所呈现出的效果较差。而模糊控制作为一种当今社会较为常见的智能化、自动化控制方式，对于被控制对象的精准度要求不高，因此，在这一情况下较为适用，本次研究主要就是针对直流电动机的调速系统做仿真研究，探讨模糊控制的方式是否能够起到预期作用。

1双闭环调速系统的模糊控制

1.1调速系统的模糊控制模型

根据经典模式下较为常见的直流电动机双闭环调速系统来说，其结构特征较为明显，为了起到更好的控制效果，对于系统的构成必须有一个清楚的了解，结合多方面因素，可以得知，其结构中的重点在于外环转速环这一组件，能够直接影响到控制系统的工作性能。除此之外，外环电流环的重要性也是不容忽视的，这一组件主要的作用在于可以改变电机的运作特征，从而方便整个系统对于外环的控制性能。在本次研究中，构建了基于直流电动机双闭环调速系统的模糊控制模型，其中，在转速环的控制方面使用了模糊控制的理念，而没有针对内环控制做出改变，仍然使用传统模式下的控制系统，研究电机工作状态发生的变化。由于直流电动机的实际工作过程可能产生偏差，因此，在设计时就应当考虑到这一因素，加上幅度限制和调节的组件，最终所得如图1所示。

1.2转速环模糊控制器的设计

与此同时，针对转速环这一组件，所使用的控制系统为相对较为简单的二维模糊控制器，其结构特征较为明显，输入的变量，也就是直流电动机整体运行的角速度预定值和实际工作值之间存在的差异，以及其中上下浮动的规律，而输出的变量就是电流工作的预定值，这一数值同时也可以作为电流调节系统的输入值。

与此同时，预期设定值的数值变化也会影响到控制器作用的方式，因此，根據直流电动机的具体运行状况，还应当适度调节输入值的变化，其具体工作方式可以根据直流电动机双闭环调速系统的控制实践来得到。2仿真结果分析

本次研究的主要目的在于验证模糊控制方式对于直流电动机工作的重要作用，以及对其工作准确性的提升，因此，主要采取的方式是仿真其角速度的响应特征，通过调整相应数值，观察其结果的变化。为了使得研究结果显示更加直观，针对转速的稳定形态、电阻电枢的变化，分别将其设为不同变量，在其他数值不变的情况下，进行了仿真研究，并且与传统控制系统下的工作形态进行了集中比较。

2.1角速度的阶跃响应特性

当改变指定系统的直流电动机输入角速度的情况下，将其设定为80rad每秒，将其作为一个定量，调节其他相关比例因子，可以得到一个具有研究意义的数学模型曲线，此时，电动机的电阻和电枢工作状态也随之发生变化，同研究所得数学模型中可以发现，模糊控制的方式能够在双闭环调速系统的控制性能改善上，达到预期目标。

2.2转速的稳态调节特性

除此以外，根据研究要求显示，将直流电动机的输入角速度减半，仍然将其作为一个定值，通过调节可以发现，其转速曲线和电阻电枢工作状态随之改变，虽然中间具有一定差别，但整体效果仍然较为稳定，体现出了模糊控制系统显著的优越性。

2.3电枢电阻变化时响应特性

除了将输入角速度作为固定值以外，为了能够更好的研究模糊控制系统在直流电动机各方面运作性能上说其他的作用，本次研究还将电阻和电枢的工作状态作为一个固定值，观察转速的变化。当其增加10%的情况下，从所得数学曲线模型可以看出，模糊控制器此时起到的作用是传统控制系统无法达到的，传统模式下所需时间较长，影响较大。

2.4负载突变时的响应特性

将负载跃阶改变为30N°m时，观察电动机转速、电阻电枢的工作对于这一变化的响应情况，可以发现，模糊控制系统对于电动机负载性能的变化适应能力较强，同时，所需反应时间较短，不影响其最终工作状态。

3结束语

综上所述，对于直流电动机的调速系统而言，由于其非线性特征，其相关工作状态极其容易受到客观环境因素变化的影响，从而改变其结构参数，因此，为了提高其控制与管理作用，研究相对应的模糊控制器，同时将转速环作为其中一个调速的系统因素是十分有必要的。通过本次仿真研究结果可以发现，当输入变量的值发生变化时，相较于传统控制方式而言，模糊控制系统能够更好的稳定直流电动机的工作性能，所起到的效果更好，但如果电机的工作参数和负载能力发生变化，则不产生适应能力。除此之外，仿真研究的方式能够更直观体现出研究结果的正确性，同时，对于被控制对象的依赖性减小，受到非线性因素的影响减弱，这一结果表明，模糊控制器无疑可以在直流电动机的工作中发挥出巨大作用。

参考文献

[1]施玉祥，冷增祥，模糊控制的数字可逆直流调速系统[J].电气传动自动化，2015 （02）.

[2]董子文，朱张青，分段模糊控制在直流调速系统中的应用研究[J].机电一体化，2011（05）.

[3]李辉，谭常清，何蓓.直流电动机调速系统模糊控制的仿真[J].中小型电机，2013（ 01）.