基于PLC的模糊控制直流电机调速系统的研究PPT课件.pptVIP

开题答辩 2020 3 26 1 基于PLC的模糊控制直流电机调速系统的研究 指导老师聂时君学生欧阳敏 开题答辩 2020 3 26 2 二 计划和进度安排 一 研究内容和背景 三 现阶段研究情况 四 下阶段安排 2020 3 26 3 课题背景 近年来 智能控制领域发展迅速 将新的智能控制理论及时转化为实际应用成果 成为研究者急需解决的问题 模糊控制是智能控制的重要分支 以模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制方法 不但有系统化的理论 而且有大量的实际应用 可编程逻辑控制器PLC在工业控制中应用广泛 常规PID算法的PLC对复杂控制任务时却难以满足控制要求 为提升控制性能 PLC厂家推出了如模糊控制等PLC智能控制模块 虽然这些模块提高了PLC的控制性能 但存在技术封闭 缺乏灵活性 通用性差 价格昂贵等不足 而用PLC上软件实现的模糊控制能够解决这些问题 针对这种情况 本论文主要对PLC上软件实现模糊控制进行研究 2020 3 26 4 主要参考书目 PLC的发展及应用前景 模糊控制的发展与展望 智能控制原理与应用 模拟电子技术基础 基于PLC的模糊控制研究 模糊控制工程应用若干问题研究 可编程控制器应用技术实训指导 2020 3 26 5 进度及安排 第一阶段 第四阶段 第二阶段 第三阶段 第五阶段 第六阶段 第七阶段 2020 3 26 6 现阶段研究情况 已完成内容 2020 3 26 7 已绘制模糊控制系统总体结构图 2020 3 26 8 模糊控制直流调速系统总体结构 2020 3 26 9 已完成6项准备工作 2020 3 26 10 一 目前直流电机调速研究动态 二 目前模糊控制研究动态 三 了解PLC的分类 发展现状和应用前景 四 了解直流电机驱动器原理 五 掌握模糊PI控制 模糊自整定PID控制 六 MATLAB的基本操作 2020 3 26 11 概述 一 理论 实际意义随着科学技术的发展 对直流电机控制的要求越来越高 传统方法已不能很好的满足要求 智能控制是控制理论发展的高级阶段 智能控制系统具有自学习 自适应 自组织功能等 能够解决模型不确定性问题 非线性控制问题以及其他较复杂的问题 模糊控制不依赖于被控对象精确的数学模型 对系统动态响应有较好的鲁棒性 但难以消除系统稳态误差 而PID控制方法可以很好地解决这一不足 若将两者结合起来则系统同时兼有两种方法的优点 传统的PID控制要想取得好的控制效果就必须调整好比例 积分 微分系数之间的关系 使它们既相互配合又相互制约 12 概述 神经网络具有任意非线性表示能力 可以通过学习来实现具有最佳组合的PID控制 针对神经网络控制器在大误差范围内电流过早退饱和 不利于响应快速性的缺点 加入模糊控制来改善性能 提高响应的快速性 在PID调节的基础上结合模糊逻辑和神经网络 设计神经模糊控制器 其基本思路是 利用模糊控制的鲁棒性和非线性控制作用 对作为实现模糊规则的神经网络 NN 的输入进行预处理 根据系统的运行状态 通过神经网络在线调节PID控制器的参数 从而达到性能指标的最优化 13 概述 PLC是现在应用较多的一种控制装置 利用PLC丰富的内部资源及强大的功能指令 编制直流电机调速的模糊控制程序 不仅性价比高 还可以提高工作可靠性及其系统的灵活性 PLC作为一种成熟稳定可靠的控制器 目前已经在工业控制中得到了越来越广泛的应用 PLC系统的设计直接影响着工业系统的安全可靠运行 一个完善的PLC模糊控制系统除了能够正常运行 满足工业控制的要求 还必须能在系统运行时进行自学习 自适应 自组织等 基于PLC的模糊控制是工业控制系统智能化的一个重要标志 对于工业控制具有较高的意义和实用价值 14 概述 二 国内外对本选题的研究动态及自己的见解1 模糊控制技术的发展从1965年美国加州大学自动控制专家L A Zadeh提出模糊集合论以来 模糊理论的研究已取得不少成果 1974年 英国的Mamdani首次用模糊逻辑及模糊推理实现了对蒸汽机的自动控制 从而宣告了模糊控制历史的开始 上世纪90年代后 国内外智能控制研究十分活跃 模糊控制 神经网络 专家控制是三种主流的智能控制方法 现在智能控制的研究热点基于PLC的模糊控制应用研究主要集中在模糊控制和神经网络上 尤其是两者的结合模糊神经网络 需要解决的问题 模糊控制器的构造 模糊信息与精确信息转换的物理结构和方法 模糊控制器对外界环境的适应性及适应技术 实现模糊控制系统的软技术 模糊控制器和被控对象的匹配技术等 15 概述 模糊控制器的构造目前已有三种不同的技术 1 采用传统的数字单片机或微型机作为物理基础 这种模糊控制器需要相应的软件才算构造完毕 2 用模糊单片机或集成电路芯片构造模糊控制器 利用配置数据来确定模糊控制器的结构形式 3 采用可编程门阵列构造模糊控制器 这主要是构造控制表 所以事先要进行脱机处理 形成描述模糊控制器的控制表 16 概述 2 模糊控制研究的发展动态 研究现状 自从60年代起至今 模糊控制得以广泛发展并在现实中得以成功应用 其根源在于模糊逻辑本身提供了由专家构造语言信息并将其转化为控制策略的一种系统的推理方法 因而能够解决许多复杂而无法建立精确的数学模型系统的控制问题 是处理推理系统和控制系统中不精确和不确定性的一种有效方法 从广义上讲 模糊控制是基于模糊推理 模仿人的思维方式 对难以建立精确数学模型的对象实施的一种控制 它是模糊数学同控制理论相结合的产物 同时也构成了智能控制的重要组成部分 17 概述 可以说每一种新的技术与方法在体现其优越性能的同时 也必定存在其局限性 应当承认 在对客观对象进行观察和认识时 模糊控制必竟不如人的认识全面深刻 因而若要达到真正仿人智能的效果 仍然需要其自身在工程应用中不断地朝着自适应 自组织 自学习方向发展 本文深入分析模糊控制研究体系内容 力求全面揭示模糊控制发展现状 从中展示模糊控制本身强大的生命力 18 概述 模糊控制发展到现阶段 其理论体系明显呈现以下几个分枝 1 模糊控制器的自适应功能研究 2 模糊控制器的解析结构研究 3 模糊控制的稳定性分 19 概述 3 自我见解如今直流电机调速控制很多是PID控制 在一定的程度上能很好的控制调速 不过由于直流电机的复杂性 各种因素的发生具有不确定性 参数适应性差 抗干扰能力弱等问题 难以满足现代控制系统中常见的非线性 大滞后 强耦合 结束条件苛刻的要求 而目前根据实际情况 运用一些已经成熟的模糊控制技术把它完美化 再融合一些新的信息技术 使之达到更好的控制要求 随着可编程控制器的出现和发展 为直流电机调速技术提供了强有力的支持 但是单纯的采用PLC对直流电机的控制其智能控制还不够 所以利用PLC和模糊控制 利用一些专家知识 提高智能化 是直流电机调速技术发展的一个重要方向 20 概述 二 研究内容 本选题是基于PLC的模糊控制直流电机调速系统的研究 通过对直流电机动态的信息分析以及对于过于复杂或难以精确描述的系统采取相应的调速控制 以保证正常生产 避免过多的人力 物力资源的浪费 故设计以PLC为基础 模糊控制为核心的直流电机调速系统 本系统需要研究的内容具体如下 目前直流电机调速研究动态 目前模糊控制研究动态 了解PLC的分类 发展现状和应用前景 了解直流电机驱动器原理 掌握模糊PI控制 模糊自整定PID控制 利用MATLAB进行系统仿真设计 设计基于PLC的直流电机调速系统 包括硬件部分和软件部分 PLC软件编程设计 21 项目概述 三 研究方法 技术路线 实验方案及可行性分析研究方法和技术路线 通过对直流电机进行转速控制 设计该系统 本系统由直流电机 转速传感器 电机驱动器 PLC组成 属于单机控制系统 输入设备有调速电位器 转速传感器 启停开关 输出设备有电机驱动器 基于机型 容量 1 0等考虑 选择西门子S7 224XPPLC 模糊控制直流调速系统总体结构图所示 在电机运行过程中 本系统将转速信号作为PLC的输入信号 PLC根据输出和设定值进行模糊控制计算 得到输出 产生PWM输出到电机驱动器 电机驱动器用脉宽调制PWM产生可调的直流平均电压 实现直流电机转速的模糊控制 22 项目概述 PLC控制机电设备时 PLC对模拟量信号的识别是通过PLC的模拟量输入输出模块来完成的 模拟量输入输出模块采用A D转换原理 输入端接收来自传感器或信号发生器的模拟信号 输出端输出的模拟信号作用于PLC的控制对象 同时充分利用专家知识 提高效率 提高对调速系统的智能化程度 并实现对机电设备的控制 23 项目概述 实验方案 本系统以可编程控制器为基础 选择计算机计算 PLC在线查询控制表的方式实现模糊控制 对于查表法来说 因为对于离散论域 量化的输入量是一定个数的 能够针对不同的输入组合 通过离线计算的方法得到相应的控制量 经过修正调试 从而生成一张控制查询表 再把查询表作为数据块存到PLC存储器中 模糊控制器运行时只需根据输入 通过查表子程序访问该数据块 查询表中输出 就能完成控制计算 从而实现直流电机的调速控制 24 项目概述 可行性分析 知识理论可行性 在完成整个系统设计时 利用所学的智能控制理论 用可编程控制器作为基础来完成系统的调速程序 掌握MATLAB和模糊控制原理 同时具备电机的基本常识 技术可行性 基于PLC集中了计算机的功能完善 灵活性 通用性强和继电