模糊-PID混合控制技术在直流电机调速系统中的应用.docVIP

模糊-PID混合控制技术在直流电机调速系统中的应用 摘要：为了提高直流电动机调速系统性能，通过模糊pid控制方法和matlab软件的控制工具进行直流电动机调速系统的辅助设计。 关键词：pid控制；调速系统；模糊-pid混合控制；直流电机 fuzzy-pid hybrid control technique for dc motor speed control system zhang yufei (inner mongolia technical college of mechanics and electrics,hohhot 010070,china) abstract: in order to improve the system performance of dc motor speed control by fuzzy pid control and matlab software tool-aided design of the dc motor speed control system. keywords: pid control; speed control system; fuzzy-pid hybrid control; dc motor 直流电机调速系统的应用于数控机床；工业生产；纺织、造纸、医疗、通讯等方面的加工生产设备；是工业化快速发展设备更新提速的关键环节之一。模糊pid控制能够随着直流电机的运行变化控制电动机的速度。比较常规的pid控制的参数不随控制对象的变化自行调整这一方面因素，具有更好的控制效果。 一、pid控制 pid的解释是比例-积分-微分，也就是说自动控制技术的三个方面，测量、比较、执行，通过误差纠正的方式调节控制系统使其做出正确的反映。 比例控制（p）： 比例控制是对控制器输入与输出的误差建立比例关系，找到稳态误差。 积分控制（i）： 积分控制是对控制器输入与输出的误差信号积分建立比例关系，并建立积分项，随着时间的增加，积分项越来越大，误差也就越来越大，这样就随着误差的增加进行控制器的调整达到稳态误差。 微分控制（d）： 微分控制是对控制器的输入与输出的误差变化规律建立比例关系，通过微分的控制可以提前预测误差的变化趋势，从而对误差进行预防控制。 通过比例控制、积分控制、微分控制（pid）对系统的调节方面可以起到动态处理的效果。 二、直流电动机的动态数学模型 电动机动态特征框架如图： 直流电动机动态方程式： u=e+iara+la e=ce =kt tem=tl+r+j tem=ct ia=ktia 速度函数： （s）=g1(s)·u(s)+g2(s)·tl(s) g1(s)= g2(s)= la=绕线电感；ra=绕组电阻；j=转子转动惯量；r =阻力系数；kt=转矩系数；tl=负载转矩；tem电磁转矩； e=电气时间常数；e=la/ra； m=机械时间常数；m=j/r ； em为机电时间常数。 三、模糊pid控制系统 （一）模糊控制系统原理 模糊控制系统原理是针对传统pid调速系统的无法根据控制对象参数的变化而变化的问题而产生的。本文以二维模糊pid控制直流电动机调速系统，电流环采用pi控制，当直流电动机调速系统速度误差较大时，通过二维模糊pid控制器可以得到高稳态的精度，当误差较小时，采用pi控制可以减少结构的复杂程度，同样具有稳定的优点。 二维模糊pid控制框架图 kp=比例系数；ki=积分系数；kd=微分系数；e=误差；△e=误差变化；u=系统控制值（输出量）。 （二）模糊控制设计 模糊pid控制可以提高直流电机调速系统的抗干扰能力，采用二维模糊控制器，对输入的变量（即给定速度值与反馈速度值的误差变化）进行模糊处理得到输出量，再将输出量作为电流环的给定值，进行控制。 模糊控制设计方法： 1.设语言变量与输入、输出变量模糊子集对应为：负大→nb，负中→nm，负小→ms，零→zo，正小→ps，正中→pm，正大→pb，论域均为：-6至+6。 2.隶属函数选择正态型隶属函数，如图: 3.模糊决策利用mamdani型推理算法，逆模糊采用中心平均法，模糊控制规则如表： nb nm ns zo ps pm pb nb nb nb nb nb nm zo zo nm nb nb nb nb nm zo zo ns nm nm nm ns zo ps ps zo nm nm ns zo ps pm pm ps ns ns zo ps pm pm pm pm zo zo pm pb pb pb pb pb zo zo pm pb pb pb pb 四、仿真结果 直流电机调速系统仿真是通过使用matlab软件的控制工具simulink工具箱进行操作的。为转速环设置有限幅度，再为电流环设置有限幅度，这样