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变论域模糊PID控制在直流电机中的应用随着科技的不断进步，直流电机在工业生产中的应用越来越广泛。
然而，直流电机在运行过程中存在着许多问题，如速度波动、负载变化等。
为了解决这些问题，控制算法也在不断改进和完善。
其中，变论域模糊PID控制被广泛应用于直流电机控制系统中，以提高系统的稳定性和性能。
变论域模糊PID控制是一种基于模糊逻辑的控制算法，它能够根据实时的系统状态调整控制器的参数，从而实现对系统的精确控制。
与传统的PID控制相比，变论域模糊PID控制具有更好的鲁棒性和自适应性。
在直流电机控制中，变论域模糊PID控制可以通过模糊推理和模糊规则来实现系统的自适应调节。
首先，通过采集电机的速度、电流和位置等参数，建立模糊控制器的输入输出关系。
然后，利用模糊规则和模糊推理来对控制器进行优化，使其能够根据实时的系统状态调整参数，从而实现对电机的精确控制。
变论域模糊PID控制在直流电机中的应用有以下几个优点。
首先，它具有良好的鲁棒性，能够有效抵抗外界干扰和系统参数变化带来的影响。
其次，它能够根据实时的系统状态调整参数，实现对电机的自适应控制，提高系统的稳定性和性能。
此外，它还能够减少系统的震荡和超调现象，提高系统的响应速度和精度。
然而，变论域模糊PID控制也存在一些问题。
首先，模糊控制的设计和参数调整相对较为复杂，需要较高的专业知识和经验。
其次，模糊控制器的规则库和模糊推理需要大量的计算资源和存储空间。
此外，模糊控制器的性能很大程度上取决于模糊规则的设计和参数的选择，需要进行大量的试验和优化。
综上所述，变论域模糊PID控制在直流电机中的应用能够有效提高系统的稳定性和性能。
然而，它的设计和参数调整需要一定的专业知识和经验。
今后，我们需要进一步研究和优化变论域模糊PID控制算法，以适应不同的工业应用场景，并解决其存在的问题，推动直流电机控制技术的发展。
基于ＬａｂＶｌＥＷ的直流伺服电机模糊ＰＩＤ控制系统ＬａｂＶＩＥＷ－ＢａｓｅｄＦｕｚｚｙＰＩＤＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＤＣＳｅｒｖｏ－ｍｏｔｏｒ昊占涛－，ｚ张桂香２（１湖南大学国家高效磨黼Ｉ程技术研究中心，长沙４１００８２；２湖南大学机械与汽车工程学院，长沙４１００８２）攘娶：论述了一种基予模糍ＰＩＤ算法的直流镯服电极控制系统，介缁了模糨ＰＩＤ算法及模糊控裁规鲻。
系统采用图形化的编程潜言ＬａｂＶＩＥＷ，软件交互界面友好。
试验结果表明，采用该模糊ＰＩＤ控制器的系统能克服常规ＰＩＤ控制器的弊端，控制品质好，算法简单，具有实际应用价值。
关键词：直流伺服电视模糊控铡ＰＩＤＬａｂＶＩＥＷＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＤＣｓｅｒｖｏ－ｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｆｕｚｚｙＰＩＤａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ。
ＴｈｅｆｕｓｓｙＰＩＤａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｔｈｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓａｆｉｎｅｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙＬａｂＶｌＥＷ。
ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｕｓｓｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃａｎｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｄｒａｗｂａｃｋｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｗｈｉｃｈｈａｓａｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｇｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｉｍｐｌｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣｓｅｒｖｏ－ｍｏｔｏｒｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌＰＩＤＬａｂＶＩＥＷ０引言直流伺服电视爨祷响应侠、低速平稳住好、潺速范围宽等特点，常用于实现精密谪速和位置控制的随动系统中，在工业、国防和民耀等领域内褥到广泛应瘸脚；所以，会理选择鸯漉饲服电机的控制方法。
Ｘ寸予充分发撂盔流箍鞭电梳的工作蔑麓鸯着积极的作用。
无刷直流电机模糊pid控制器的simulink设计在控制系统中，PID控制器是最常见且广泛应用的控制器之一，它通过调节比例项、积分项和微分项来实现对系统的控制。
而模糊控制器则是一种基于模糊逻辑的控制器，能够处理系统模型非线性、参数变化较大或难以精确建模的情况。
将PID控制器与模糊控制器相结合，可以充分发挥各自的优势，提高系统的控制性能。
在Simulink中设计无刷直流电机模糊PID控制器，首先需要建立电机模型。
电机模型可以通过数学建模或直接使用Simulink中的电机模型来实现。
接下来，需要设计PID控制器和模糊控制器。
PID控制器的参数可以通过经验法则、试错法或自整定法等方法进行调节，以获得合适的控制效果。
模糊控制器的设计需要确定模糊集合、模糊规则库和模糊推理方法，以实现对系统的模糊控制。
设计无刷直流电机模糊PID控制器的Simulink模型时，可以按照以下步骤进行：1. 建立电机模型：选择合适的直流电机模型，包括电机的电气特性、机械特性和控制接口等。
2. 设计PID控制器：设置PID控制器的比例、积分和微分参数，通过模拟和调节，使得系统的响应速度、稳定性和抗干扰能力达到要求。
3. 设计模糊控制器：确定模糊控制器的模糊集合、模糊规则库和模糊推理方法，设置模糊控制器的输入输出变量和模糊规则。
4. 整合PID控制器和模糊控制器：将PID控制器和模糊控制器串联或并联，根据系统的要求和性能指标来设计控制器的整体结构。
5. 仿真验证：在Simulink中进行仿真验证，通过模拟系统的运行情况和控制效果，来评估控制器的性能和稳定性。
通过以上步骤的设计和仿真验证，可以得到一个合理、有效的无刷直流电机模糊PID控制器的Simulink模型。
在实际应用中，可以根据系统的实际情况和性能要求，进一步优化控制器的参数和结构，以实现更好的控制效果。
同时，不断的实验和调试，能够进一步提高控制器的稳定性和鲁棒性，确保系统的可靠性和性能的提升。
D驱动控制ri v e and co n trol微特电机2008年第3期基于模糊理论的无刷直流伺服系统定位控制22收稿日期:2007-09-05基于模糊理论的无刷直流伺服系统定位控制刘攀银,李 辉,孙永奎(电子科技大学,四川成都610054)摘 要:分析了无刷直流伺服系统的制动过程,提出了一种基于模糊控制的位置定位方法。
该方法采用两段式制动方式,首先对系统进行能耗降速,然后利用反接制动实现快速定位。
根据反接前电机速度与直流母线电流设计模糊控制器对反接制动力矩进行控制。
在dSPACE 半实物仿真平台上,实现了基于无刷直流电动机的高速工业平缝机快速定位控制,实验结果验证了该定位方法的准确性和有效性,其定位精度可达 2 。
关键词:无刷直流电动机;定位控制;反接制动;模糊控制中图分类号:T M 33 文献标识码:A 文章编号:1004-7018(2008)03-0022-03Target Positioning Cont rol for Brushless DC Servo Syst e m Based on Fuzzy TheoryLI UN Pan -y in,LiH ui ,SU N Yong -kui(U niversity o fE lectron ic Sc i e nce and Techno logy o f Ch i n a ,Chengdu 610054,China)Abstract :The brak i ng process f o r t he positi on i ng control of brushless DC servo system w as ana l ysed ,and a brak i ng schem e based on f uzzy contro l was proposed i n this paper .The proposed brak i ng approach w as dev ided i n t o t w o phases .F irst ,t he high-speed syste m was dece l e rated by energy-consu mm ed braki ng ;then ,the reverse brak i ng wh i ch was de ter -m i ned by the m oto r-speed and m otor s 'DC-bus current based on f uzzy theory w as appli ed to control the targe t positi oning .W ith the H ard w are-i n-t he-L oop S i m u l a ti on (H I L S)too l dSPACE ,t he i ndustra l sew i ng sy stem based on b rushless DC m otor achieved the prec ise contro l of need l e positi on w ith the e rror o f 2 .T he exper i m ent res u lts verified the n ice t y and v ali d i ty o f t he proposed m et hod .K ey word s :brush l ess DC m otor ;target po siti oni ng contro;l reve rse brak i ng ;fuzzy control0引 言无刷直流电动机因其效率较高,控制简单广泛应用于工业机器人、测试仪器、传送控制系统等自动控制系统。
但由于电机自带位置传感器比较简单,精度不高,难以达到高性能的位置伺服控制。
目前的伺服系统,主要通过在电机转轴上安装编码器,利用速度、位置环相结合的控制方式实现位置伺服[1-2]。
但高分辨率编码器成本较高,在实际应用中存在许多要求低成本的无刷直流系统,虽无实时位置跟踪要求,但在停机时也需要较高的定位精度,如高速工业平缝机,对于此类系统,能够取消编码器而实现位置定位的控制方法将具有广泛的应用价值。
文献[3]提出采用倍频无刷直流电动机换相位置信号代替编码器脉冲信号以实现制动期间系统位置反馈,但对于快速定位系统,定位瞬间的位置误差却无法通过细分获得,难以达到高的控制精度。
文献[4,5]提出安装正弦信号的旋转变压器,与高分辨率编码器相比,成本较低且能够实现停机定位位置的高精度反馈,但该方法要求所得信号必须为标准正弦型且加工和安装精度要求较高,否则将引起大的误差。
本文提出一种基于电机速度与直流母线电流的模糊控制定位方法。
该方法采用两段式制动,首先利用电机换相位置信号计算电机速度,并对高速系统进行能耗降速,迫使系统降速到给定速度范围并维持运转;然后给电机施加反向制动力矩迫使系统在规定的转角范围内快速制动定位。
反向力矩大小根据反接前电机的速度及直流母线电流模糊推理得出。
最后利用dSPACE 半实物仿真平台,以高速工业平缝机为控制对象,对该方法进行了实验验证。
1无刷直流伺服系统制动控制方案1.1无刷直流电动机制动过程本文采用能耗制动与反接制动相结合的方法达到快速定位。
其中能耗制动是将能量消耗于电机绕图1 制动过程示意图组,制动平稳,用于电机降速控制;反接方式是给电机接入反向电压,制动力矩大,用于目标位置定位制动。
具体过程如图1所示。
微特电机2008年第3期D驱动控制rive and co ntrol基于模糊理论的无刷直流伺服系统定位控制23 首先对高速运行的系统采用能耗制动进行粗控降速,系统经过能耗区速度降到低速 0后,对其施加固定驱动电压维持电机运转到定位信号位置t 0处,然后进行反接制动。
由于反接制动力矩大,电机从定位信号t 0处旋转很小的一个制动角到达停机定位位置t 1处停止运转。
只要控制好反接制动过程中的电机旋转角度即可实现精确定位控制。
1.2反接制动旋转角控制根据无刷直流电动机数学模型,在制动过程中的电机动态方程为:T =T L +Jd d t(1)电磁制动转矩:T =-k i d(2)式中: 为电机角速度,i d 为电机母线电流,T L 为被控系统负载,可视T L 为恒定,由式(1)、式(2)可得:Jdd t=-k i d -T L (3) 在反接制动过程中,通过时间t 0~t 1的反接制动,电机停止运转。
通过式(3)积分可以得到反接制动过程电机的旋转角度[6]:=t1t 0d t = 0(t 1-t 0)-T L (t 1-t 0)22J -kJ t 1tt ti d(t)d t d t (4)根据无刷直流电动机的电压平衡方程有:R i+L d id t+e =U s D(5)e =k e (6)式(5)中,R 、L 为绕组电阻和电感,U s 为电源母线电压,D 为斩波占空比,e 为绕组感应电动势。
在电机进入低速区后,受恒定电压驱动,母线电流变化微小,可以忽略绕组电感的影响,因此根据式(5)、式(6)可得:2R i +2k e =U s D(7)从式(4)可得,根据反接制动前电机运行速度 0的大小,确定一个相对应的反接电流i d (t),则可以实现反接制动角度 的准确控制。
但本系统由于使用BLDC M 的换相位置信号估算电机速度,无法得到精确的速度反馈值。
由式(7)可得:只要知道了电机母线电流i 的大小,就可以计算出电机运行速度的大小,从而控制反接母线电流达到如式(4)所描述的制动定位控制。
1.3模糊控制器设计模糊控制器的控制目的是通过推理得出控制制动力矩的反接母线电流控制量u,实现系统在一段给定反接时间内制动定位。
其输入量是能耗减速后的电机速度 及母线电流i ,为了便于控制,以一对标准量[ ,i]及量化因子[ , i]对输入变量进行规范化处理:=-i =i-ii(8) 针对规范化的输入及输出变量,本文均根据其论域设定7个模糊集合为:{极小(VS ),小(S ),稍小(LS ),适中(M ),稍大(LB ),大(B ),极大(VB )}。
输入及输出的隶属度函数均采用三角形,如图2所图2 隶属度函数示。
三角形隶属度函数的各边呈交叠状结构,能够保证相邻控制量之间的平滑切换。
隶属度函数数学表达式为:(x )=x -ac -aa <x <c x -bc -bc <x <b (9)根据控制要求,越大的 和i 需要越大的制动转矩,较小的 和i 只需较小的制动转矩。
为了得到合适的控制信号,设计模糊控制规则如表1所示。
表1 模糊规则表u VS S LS M LB B VB iVSVS VS S S L S LS M S VS S S LS L S M LB LSS S LS LS M LB LB M S LS LS M LB LB B LB LS LS M LB LB B B B LS M LB LB B B VB VBM LBLBBBVBVB共有49条规则,其表示的一般形式为:if =A j and i =B ij ,then u =C u j(10)式中:A j 、B i j 、C u j 分别为输入 、i 和输出u 的模糊子集合{VS,S,LS,M,LB,B,V B }。
根据如上规则,利用M atlab 的fuzzy 工具箱,设计该模糊控制器,每条规则的推理方式采用极小运算法,其m in 算子为:w j =m in( A j ( ), B ij (i))(11)式中: A j ( )、 B ij (i)为速度 及电流i 各自对应集合的隶属度。
利用重心法(centroid)解模糊化处理得到反接电流控制指令,数学表达式为:u*=uCuj(u )u d uuC u j(u)d u (12)式中: C uj 为各条规则输出u 的隶属度函数。
为了减基于模糊理论的无刷直流伺服系统定位控制24 小控制期间的实时计算量,计算该模糊控制器生成控制矩阵表用于制动控制。
2实验研究2.1半实物仿真实验平台dSP ACE作为可与M atlab/Si m u li n k完全无缝连接的半实物仿真平台,广泛应用于各类产品设计的快速原型开发。
本文利用dSP ACE单板系统DS1104构建了一套平缝机半实物控制平台。
系统结构如图3所示。
图3 半实物仿真系统控制框图该半实物仿真系统包括由平缝机、无刷直流电动机、逆变驱动功率模块组成的硬件实物平台,和以速度调节器、制动模糊控制器、Contro Desk控制界面等模块组成的虚拟仿真平台。
平缝机由于缝制工作的特点,一般在150~4500r/m i n的速度范围工作,停针定位误差不超过 2 [6]。
