В промышленно применяемых электроприводах наиболее важной задачей является регулирование его координат. Одним из возможных способов решения этой задачи является применение фаззи-управления, то есть интеллектуальных регуляторов на основе нечеткой логики.
В позиционных электроприводах внешний входной сигнал системы задает значение перемещения рабочего органа. Позиционный электропривод перемещает рабочий орган из некоторой позиции в некоторую конечную позицию с требуемой точностью остановки в ней.
Основным показателем качества позиционных электроприводов следует считать точность позиционирования, т. е. разность между заданным и отработанным перемещениями в данный момент времени и в данной точке траектории рабочего органа.
Для электроприводов постоянного тока широкое применение нашли системы управления, построенные по принципу подчиненного регулирования координат. При задании перемещения типовой является простая структура с П – регулятором положения и ПИ - регулятором скорости.
Целью работы является разработка модели системы управления электропривода с нечетким регулятором положения. Для сравнения также будет построена модель с классическим П-регулятором положения, которая позволит оценить разницу в отработке системой управляющего воздействия.
Разрабатываемый регулятор включает в себя три лингвистические переменные: две входных – ошибка е, задание на перемещение се, и одну выходную управление u (рисунок 1). Лингвистические переменные e, се и du имеют пять термов с нечеткими значениями: «большое отрицательное» (BN), «отрицательное» (N), «нулевое» (Z), «положительное» (P) и «большое положительное» (BP). Данное количество термов представляется наиболее удобным и обеспечивает удовлетворительную чувствительность регулятора к изменению состояния системы. В качестве функций принадлежности термам были выбраны треугольные функции, определяемые тремя числами (a, b, c). Границы термов выбраны из условия их симметричности относительно положительных и отрицательных значений входных сигналов. На этапе дефаззификации был использован метод центра тяжести.
Рисунок 1. Функции принадлежности термам лингвистических переменных нечеткого регулятора.
После определения количества термов каждой лингвистической переменной и распределения функций принадлежности были синтезированы нечеткие правила вида
Ri: ЕСЛИe=Ai1 И ce=Ai2, ТО u = Bi ,
База правил приведена в таблице 1.
Таблица 1 – База правил для фаззи-регулятора
е de |
BN | N | Z | P | BP |
BN | BN | BN | Z | P | BP |
N | N | N | Z | P | BP |
Z | BN | N | Z | P | P |
P | P | P | PS | PM | BP |
BP | BN | N | Z | BP | BP |
В результате проведения моделирования в среде MatLAB получены переходные процессы, представленные на рисунках 2 – 3. На рисунке синяя штриховая линия – переходные процессы в системе с П – регулятором, красная сплошная – в системе с фаззи-регулятором положения.
Рисунок 2. Перемещение электровоза на 300 м.
Рисунок 3. Перемещение электровоза на 21 м.
Использование нечеткого регулятора положения обеспечивает более быстрое реагирование системы на управляющее воздействия с отсутствием перерегулирования и меньшим «дотягиванием» по положению.
Таким образом, нечеткое регулирование положительно сказывается на динамических свойствах позиционного электропривода, что подтверждено результатами моделирования.
Библиографический список
- Ланграф С. В. и др. Динамика электропривода с нечётким регулятором. Известия Томского политехнического университета, 2010, № 4.
- Леоненков А. В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH / А.В.Леоненков. – СПб.: БХВ Петербурr, 2005. – 736 с.: ил.
- Терехов В. М., Осипов О. И. Системы управления электроприводов: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ под ред. В. М. Терехова. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 304 с.
- Усольцев А. А., Смирнов Н. А. Нечеткий регулятор в системе управления следящим электроприводом с ограничением по скорости.
- Штовба С.Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB / С.Д.Штовба. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 288с.