0 引言

传统直流可逆调速系统一般采用双闭环进行控制，即转速调节作为外环，电流调节作为内环。转速环与电流环一般通常都使用PI调节器进行控制，以便得到较为理想的系统特性。但是在对于一些如可逆轧机、龙门刨床等需要快速实现正、反转的设备，只采用PI调节器来进行控制很难实现稳定快速的调速[1]。或者在对一些对负载扰动敏感、要求控制精度高的精密仪器如医疗康复器械进行控制时[2]，只用双PI调节器来控制很难实现系统对较高抗扰性的要求；并且由于很多电机的拖动负载具有间隙、弹性等非线性的因素，其参数特性经常会产生变化[3]，更是对系统的抗扰性能提出更严格的要求。因此仅用常规的PI调节器来进行控制，很难满足很多直流可逆调速系统的性能指标的要求。

伴随着科学技术的飞速发展，模糊理论在工程科技以及人文科学等很多领域都得到了大量的应用，尤其是在智能控制等相关领域的应用愈加广泛[4]。由于模糊控制不完全依靠被控对象精确的数学模型，可以方便高效地运用操作人员或专家的策略与经验[5]，并且能够较好地处理合解决对象参数不确定和非线性的问题[6]。由于模糊控制所具备的这些优点，将模糊控制理论应用在直流可逆调速系统的设计上具有较大的意义。

本文的目的是将模糊控制应用在转速环PI调节器的设计上，设计成转速环基于模糊PI控制的直流可逆调速系统。与转速环只采用常规PI控制的直流可逆调速系统进行对比仿真，从而来验证应用模糊控制的调速系统的动态与静态特性、抗扰性能、恢复性能以及跟踪性能。

1 双闭环直流可逆调速系统

双闭环直流调速系统原理图如图1所示，转速调节器与电流调节器两者嵌套相连。转速调节器为主调节器，可以有效抑制拖动负载所产生的扰动，使得输出转速可以快速地跟随指令电压信号的变化达到指定的转速。而电流调节器的作用则是紧紧跟随转速调节器的输出变化，来加快电机的起动过程，并且对电网电压波动起到有效的抑制作用。由于有转速环和电流环这样的双闭环设计存在，使得直流电机能够快速地起动与制动并保持转速稳定。

为了实现直流电机正反转切换，本文中电力电子变换器采用的是桥式可逆PWM变换器，并且采用最常用的双极性控制。即4个开关器件分成两组，这两组开关器件的驱动信号工作在互补工作状态。通过控制驱动信号来改变桥式变换器输出电压的正负进而改变直流电机两端电压的正负，从而实现控制直流电机的正转与反转。

3.2.1 输入输出及隶属度函数

  

图1 双闭环直流调速系统原理图

2 常规PI控制器设计

实现双闭环直流可逆调速系统的关键是对双闭环中两个控制器即转速调节器和电流调节器的设计。本文所采用的直流电机的主要参数如下：额定电压UN：110 V，额定电流IN：3A，额定转速nN：2 400 r/min，电枢电阻Ra：3.5Ω，电枢电感La：60 mH，励磁电压Uf：110 V，励磁电流If：0.5 A，转动惯量J：0.015 kg·m2。经过常规PI控制器参数的计算方法[7]设计得到转速环调节器系数比例系数KP=24，积分系数KI=0.002，电流环调节器比例系数KP=36，积分系数KI=0.001。常规转速环PI调节器和电流环PI调节器的设计结果如图2、图3所示。

  

图2 转速环PI调节器

  

图3 电流环PI调节器

3 模糊PI控制器设计

3.1 模糊控制系统

其中PWM控制模块的设计如图9所示。由于本文采取双极性调制，所以选取两个PWM Generator模块分别产生两组开关器件的驱动脉冲信号。加入选择器模块主要的目的是通过调整驱动脉冲的次序保证两组开关器件可以工作在互补工作的状态。但是双极性PWM控制有个缺点就是在开关切换时上下桥臂可能会发生直通的现象。为了避免这个问题发生，需要在下方的PWM生成模块的驱动控制信号增加0.01，从而保证可逆变换器的4个开关器件不会同时导通或关断。

  

图4 模糊控制系统框图

3.2 转速环模糊PI控制器设计

确定转速环模糊PI控制器以偏差e和偏差变化率ec为控制输入量，以比例系数增量Δkp和积分系数增量Δki作为输出量。由于三角形隶属度函数具有计算简便、易于实现和控制性能较好等特点[8]，所以以三角形隶属度函数作为本文的隶属度函数。

空气层将管道和金属天花板分离开来，管道和金属天花板之间进行辐射换热，空气层内部发生对流换热.基本的传热过程分为以下三个部分：

创新是企业成功的关键，企业经营的最佳策略就是抢在别人之前淘汰自己的产品，这种把创新与市场营销有机的结合就是创新营销观念，包括营销产品的创新、营销组织的创新和营销技术的创新，要做到这一点，市场营销者就必须随时保持思维模式的弹性，让自己成为新思维的开创者，创新营销的意义就在于先人一步，而不仅在于别人没有，一旦发现是一种新技术，新的需求，就要及时捕捉。

“七五”普法开展以来，上海市浦东新区司法局始终将青少年作为开展普法宣传工作的重点人群之一，切实增强青少年法治宣传的针对性、实效性。

根据电机及仿真的相关参数，经预实验确定输入部分的偏差e和偏差变化率ec的基本论域分别为[-10,10]和[-14,14]，模糊论域均选取[-6,6]。为了满足精度高的要求，将模糊子集划分为7个等级，模糊量的子集均选择{NB,NM, NS, ZO, PS,PM,PB}。求得量化因子Ke =0.6，Kec=0.4。二者对应隶属度函数如图5所示。

4.3.2 带有恒定负载转矩分析

  

图5 e和ec的隶属度函数

同理再确定输出部分，比例系数增量Δkp和积分系数增量Δki的基本论域分别为[0,25]和[0,0.002]，模糊论域均选择[0,6]，模糊量子集均选择{ZO,PS,PM,PB}。求得比例因子Kp=4.2，Ki=0.0003。二者对应隶属度函数如图6所示。

  

图6 Δkp和Δki的隶属度函数

3.2.2 模糊规则与模糊推理

模糊规则主要是根据工程人员或是专家的经验来总结并按照人的思维方式来进行语言表达的一种规则形式。表1和表2分别是基于工程经验以及操作策略所总结的比例系数增量和积分系数增量的模糊规则。按照表1和表2在Matlab中的fuzzy工具箱逐条输入“If条件,Then结果”的语句形式的控制规则。选择最为常用并且易于用图形进行解释的Mamdani推理法作为模糊逻辑推理方法。

 

表1 比例系数Δkp增量的模糊规则

  

EcNBNMNSZPSPMPBENBPBPBPMPMPSZZNMPBPBPMPSPSZNSNSPMPMPMPSZNSNSZPMPMPSZNSNMNMPSPSPSZNSNSNMNMPMPSZNSNMNMNMNBPBZZNMNMNMNBNB

 

表2 积分系数Δki增量的模糊规则

  

EcNBNMNSZPSPMPBENBNBNBNMNMNSZZNMNBNBNMNSNSZZNSNBNMNSNSZPSPSZNMNMNSZPSPMPMPSNMNSZPSPSPMPBPMZZPSPSPMPBPBPBZZPSPMPMPBPB

3.2.3 清晰化

清晰化的主要作用是将推理决策得到的模糊量回复为可用于系统进行控制的精确的数值。本文采用工程上普遍应用的加权平均法作为清晰化的方法。最后将比例和积分系数原始值KP0、KI0分别与模糊推理得到的其对应的增量值Δkp、Δki相加，得到最终的比例系数KP以及积分系数KI。从而实现了模糊控制对常规PI控制器的比例系数和积分系数的调整。综上，由图7所示的为设计后的转速环模糊PI控制器。

  

图7 转速环模糊PI控制器

4 仿真分析

4.1 仿真模型的建立

采用Matlab软件中的可视化仿真工具Simulink来对双闭环直流PWM可逆调速系统进行建模与仿真(图8)。由于电流环PI调节器不会对负载变化所产生的干扰有抑制作用，故对比仿真时保持不变，只改变转速调节器。转速环调节器则分别采用模糊PI控制器和常规PI控制器，并用示波器观察并对转速变化情况进行比对，从而来验证采用模糊PI控制对于系统动态与静态特性、抗扰性能、恢复性能以及跟踪性能的增强与改善。

  

图8 双闭环直流PWM可逆调速系统

模糊控制系统框图如图4所示。其中模糊控制器是模糊控制系统中的最主要且不同于常规控制系统的部分。通过模糊化、知识库(数据库与规则库)、模糊推理和清晰化这4个部分的互相作用，以控制变量作为输入，在不需要被控对象精确的数学模型的情况就可以实现对系统较为理想的控制。

仿真主要模型参数如表3所示。

  

图9 双极性PWM控制模块

4.2 仿真参数的设置

就这样，他的大锅被没收。他愤然摸索到了自己的房间。而他的保姆听到动静出门，看见警察正在装卫星大锅，以为主人不知道，连忙一边上车夺下，一边大喊刘芒刘芒而被处于行政拘留一天，罪名是妨碍公务并且辱骂警察。

从图13可以看出，由斜拱加载引起的围护桩桩身水平位移增量随斜拱加载时基坑开挖深度Z的增大而减小。斜拱加载引起的围护桩桩身水平位移增量最大值出现部位随斜拱加载时基坑开挖深度的增大逐渐下移，最大值出现部位集中在围护桩中上部，所以当基坑开挖较浅时要及时架设支撑，防止围护桩变形过大。

 

表3 仿真模型参数

  

仿真模块主要参数直流电源UU=270V励磁电源U1U1=110V直流电机MLa=006H，Ra=35Ω，Lf=0，Rf=220Ω，Laf=08HJ=0015kg·m2，nN=2400r/min

4.3 仿真结果与分析

为了模拟可逆直流调速系统完整的起动与正反转切换过程。设置仿真总时间为5秒，给定阶跃电压的初始值为10 V，直流电动机M逐步由零转速加速到转速额定值2 400 r/min，并保持恒定。在2秒时，给定电压阶跃变化到-10 V，直流电动机M开始逐渐减速，减速到零时开始反向加速到反向转速额定值2 400 r/min，并保持恒定。仿真实现了直流电动机的起动以及从正转到反转的切换。完整仿真过程如图10所示。

  

图10 直流可逆调速系统完整仿真过程

4.3.1 理想空载分析

设置直流电动机负载转矩Tl为零，在理想空载状态下对系统仿真，仿真结果如图11和图12。模糊PI控制的系统在0.8秒时便达到转速给定值，而PI控制的系统则在0.9秒左右的时间才达到转速稳定值。仿真结果表明，电机正转时有模糊控制的系统明显比单纯的PI控制系统的响应时间要快；同理当直流电机切换到反转时，模糊PI控制的系统在3.5秒时即达到转速稳定值，而PI控制的系统在3.6秒才达到稳定。综上，在理想空载状态下，模糊PI控制的调速系统可以更快的响应给定电压信号并保持转速恒定。因此模糊PI控制的直流可逆调速系统可以应用在对系统动态特性要求较高的设备当中。

  

图11 理想空载仿真结果(正转)

  

图12 理想空载仿真结果(反转)

比较两组眼底病转归率、眼压升高、眼内炎症及玻璃体出血等并发症发生率。明显有效;改善或消失临床症状,疤痕的疤痕和消失的病变;有效:改善临床症状,疤痕的大部分病变,减少病变。眼底病变的预后率显著,有效百分率之和。

设置直流电动机负载转矩Tl为额定负载转矩1.2 N·m，并进行仿真。仿真结果如图13和图14。电机正转时，模糊PI控制的系统在1秒左右时达到转速2 380 r/min，PI控制的系统则在1.1秒左右达到转速稳定值2 370 r/min。电机切换到反转后，模糊PI控制的系统在3.6秒时达到转速稳定值2 380 r/min，PI控制的系统则在3.7秒实现转速稳定值2 370 r/min。仿真结果表明在电机正转或者切换到反转时，模糊PI控制的调速系统明显比PI控制的系统更快地达到指定转速并保持稳定。由于双闭环直流可逆调速系统实际静特性曲线与理想静特性曲线有一些差别，并且由于有恒定的负载转矩存在，两者相比理想空载状态下都有一定的转速降落，但是模糊PI控制的调速系统具有更小的转速降落值。因此，应用模糊PI控制的直流可逆调速系统具有更优良的静特性与调速性能。

  

图13 恒定负载转矩结果(正转)

  

图14 恒定负载转矩结果(反转)

4.3.3 突加负载转矩分析

外国人名汉译选字除过需考虑发音的契合度，还要考虑联想意义是否适当。此种意义的考虑除过上述几个方面外，应该还有很多，可以留待进一步研究。比如美国前任总统Obama的译名“欧巴马”与“奥巴马”的争论，现任总统Trump的译名“川普”与“特朗普”的争论，除过语音方面的优劣比较，在选字的意义联想方面，应该还有文雅与正式的考虑。

设置直流电动机负载转矩Tl初始值为零(理想空载状态)，1.4秒时突加负载转矩到额定负载转矩1.2N·m，并持续0.2秒的时间然后撤除。仿真结果如图15所示。模糊PI控制的系统在1.45秒时，降落到2 380 r/min，并保持恒定。PI控制的系统在1.55秒左右转速降落到2 370 r/min并保持恒定。当负载干扰撤除后，模糊PI控制的系统也是比PI控制的系统更迅速地恢复到原来的额定转速值。由仿真结果可知，模糊PI控制的调速系统在负载突变时能更快地降落到新的转速，而且转速降落较小，更快速地保持稳定。并且在突变负载恢复后能更快地回到原来的转速。从而证明了模糊PI控制的调速系统在受到扰动时有更强的抗扰能力和更快速的恢复能力。因此，模糊PI控制可应用在易受干扰影响或负载干扰比较敏感的设备当中。

  

图15 突加负载转矩结果

4.3.4 快速正反转切换分析

设置仿真在理想空载条件下，即负载转矩Tl为零。给定电压设置为周期为1秒，幅值为1 V的方波电压信号。在双闭环可逆直流PWM调速系统中，直流电机由零转速开始起动，转速迅速上升直至到达正向给定转速值240 r/min并保持恒定。在0.5秒后方波电压信号由1 V阶跃变化到-1 V，直流电机逐渐减速到零并反向加速到反向转速给定值240 r/min保持稳定完成一个周期的正反转切换。仿真结果如图16所示。模糊PI控制的调速系统比PI控制的系统能更快地跟踪给定方

波电压信号，可以更明显地缩短转速正反向切换的时间，更快地保持转速稳定。并且如图17跟踪误差分析所示，模糊PI控制的系统的跟踪误差能更快速地减小为零达到稳态。所以由仿真结果可知，模糊PI控制的系统具有更加优良的跟踪性能。因此，模糊PI控制可以在对跟踪性能要求较高的随动系统中进行应用。

  

图16 快速正反转切换结果

  

图17 跟踪误差分析

5 结论

本文将模糊控制应用到双闭环直流PWM可逆调速系统的设计当中，在转速环常规PI调节器基础之上设计了基于模糊控制的转速环调节器。以系统的转速误差量和转速误差变化率作为模糊控制器的输入，采用了根据模糊控制规则进行模糊推理的方法，实现了转速调节器的比例系数以及积分系数的动态整定。然后对采用转速环模糊PI控制器以及常规PI控制器的调速系统分别进行仿真。通过对在理想空载、恒定负载和突加负载以及快速正反转切换4种状态下的仿真结果进行了对比，证明了设计出来的转速环模糊PI控制的双闭环直流可逆调速系统具有更好的动态与静态特性、抗扰性能、恢复性能以及跟踪性能。从而说明了模糊控制可以在对直流可逆调速系统动态与静态性能、抗扰性能、恢复性能以及跟踪性能要求较高的设备和装置上进行应用。

综上，冠心病患者行经皮冠状动脉介入治疗后，多种危险因素会对患者预后情况产生影响，增加不良心血管事件发生率，临床治疗期间，应加强对患者各种危险因素的控制，减轻危险因素的影响，并在患者出院后通过规律随访等方式实现有效控制，促进患者预后改善，提高其生存质量。

参考文献：

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