基调整子模糊PID直流电机调速系统设计
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（**工程学 电气工程学院** **241000）
摘直流电机调速系统高度非线性时变传统模糊PID控制技术已难满足直流电机调速系统控制精度求文提出基调整子模糊PID控制技术设计基调整子模糊控制规基调整子模糊PID控制器作直流电机调速系统进行仿真仿真结果表明直流电机调速系统基调整子模糊PID控制器传统模糊PID控制器具更快响应速度更抗扰动力
关键词：直流电机模糊PID调整子调速系统
0 引言
直流电机结构简单调速性工业航空航天等领域日益广泛应[1]模糊PID控制技术结合PID控制技术模糊控制技术两者优点实时调整PID控制参数具鲁棒性应直流电机调速系统满意控制效果[2]模糊PID控制器弊端模糊控制器中模糊控制规专家验试探法确定没系统调整方法会降低模糊PID控制器控制性[3]
1 系统数学模型
建立直流电机数学模型直流电机调速系统关键部分
直流电机电气方程：
（1）
电机电势系数电机转速
电枢回路电阻电枢回路电感电枢回路电流
直流电机机械方程：
（2）
电动机轴转动惯量
中转矩系数负载转矩
式(1)式(2)进行拉式变换式(1)带入式(2)中直流电机转速输入电压传递函数
（3）
机械时间常数电气时间常数
表1直流电机铭牌参数
表1 直流电机铭牌系数
额定电压
额定电流
额定转速
额定输出功率
230V
104A
377rad
20KW
计算相关参数带入式中直流电机转速输入电压传递函数
（4）
2 基调整子模糊规设计
模糊PID控制器误差e误差变化率ec作输入PID三参数增量作输出满足时刻eecPID参数整定求结构图1示
21传统模糊控制规
根实际验系统稳定性响应速度超调量等方面总结参数KPKIKDeec调整需满足调整原
(1)误差较时响应速度加快应取较KP较KD时避免系统响应出现较超调取较KI值
(2)误差处中等时减系统超调KP应取时保证系统响应速度KIKD适中
(3)误差较时保证系统具较稳态性KPKI取较值避免系统设定值附出现振荡考虑系统抗干扰性适选取KD值：较时KD应取较值较时KD应取较值
述原基础通仿真进行调整纳出模糊控制规表2表3表4示
表2 KP控制规调整表
E
EC
NB
NM
NS
ZO
PS
PM
PB
NB
PB
PB
PM
PM
PS
ZO
ZO
NM
PB
PB
PM
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PB
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NM
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NB
NB
表3 KI控制规调整表
E
EC
NB
NM
NS
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NB
NB
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NM
NB
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PB
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PM
PB
PB
表4 KD控制规调整表
E
EC
NB
NM
NS
ZO
PS
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NB
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NB
NB
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NM
PS
NM
PS
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22 调整子模糊控制规
直流电机种复杂控制系统言响应阶段受外界扰动时传统模糊规难满足控制精度求表现稳定性差超调传统模糊规程度降低模糊PID控制器控制性文通设计种调整子作KPKIKD模糊规实现KPKIKD模糊规适应调整系统具更快响应速度更超调面KP模糊规例说明调整子设计原理
通表分析KP模糊规解析：
（5）
设计带调整子模糊规
（6）
(5)式知KP模糊控制规误差误差变化加权程度相满足系统阶段控制精度求程度降低模糊控制器控制性(6)式中KP控制规包含调整子通调整值实现模糊规调整满足控制系统时期误差误差变化加权程度
调整子值旦确定法改变法eec变化变化模糊规调整着限制文分析建立调整子eec函数：
（7）
公式（7）出时KP模糊规误差误差变化加权值相等时KP模糊规误差加权更时KP模糊规误差变化加权更实现调整子根eec值模糊规进行适应调整基调整子模糊PID控制器结构图图2示
图2 基调整子模糊PID控制器结构图
3系统仿真
Matlab软件中运行Fuzzy函数进入模糊逻辑器建立模糊控制器Simulink中搭建直流电机模糊PID控制模型进行仿真基调整子模糊PID控制器传统模糊PID控制器控制效果
输入1rad阶跃输入时基调整子模糊PID传统模糊PID响应曲线图3示图出基调整子模糊PID超调量接0调节时间03972s传统模糊PID超调4026调节时间04617s出基调整子模糊PID传统模糊PID相具更动态性稳态性
图3 阶跃信号仿真曲线
4 结束语
文传统模糊PID控制器设计种基调整子模糊PID控制器控制规进行改进应直流电机调速系统进行仿真仿真结果表明基调整子改进型模糊PID控制器动静态性鲁棒性抗干扰力均优常规模糊PID控制器应直流电机调速系统令满意控制效果
参考文献：
[1] 刘慧博 王静 吴彦合 刷直流电机模糊适应PID控制研究仿真[J] 控制工程 2014 21(4)583587
[2] 王庆明 孙怡 基模糊PID控制直流电机步控制系统[J] 机电工程 2012 29(5)493496
[3] 朱颖合 薛凌云 黄伟 基组织调整子模糊PID控制器设计[J] 系统仿真学报 2011 23(12)27322737
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（**工程学 电气工程学院** **241000）
摘直流电机调速系统高度非线性时变传统模糊PID控制技术已难满足直流电机调速系统控制精度求文提出基调整子模糊PID控制技术设计基调整子模糊控制规基调整子模糊PID控制器作直流电机调速系统进行仿真仿真结果表明直流电机调速系统基调整子模糊PID控制器传统模糊PID控制器具更快响应速度更抗扰动力
关键词：直流电机模糊PID调整子调速系统
0 引言
直流电机结构简单调速性工业航空航天等领域日益广泛应[1]模糊PID控制技术结合PID控制技术模糊控制技术两者优点实时调整PID控制参数具鲁棒性应直流电机调速系统满意控制效果[2]模糊PID控制器弊端模糊控制器中模糊控制规专家验试探法确定没系统调整方法会降低模糊PID控制器控制性[3]
1 系统数学模型
建立直流电机数学模型直流电机调速系统关键部分
直流电机电气方程：
（1）
电机电势系数电机转速
电枢回路电阻电枢回路电感电枢回路电流
直流电机机械方程：
（2）
电动机轴转动惯量
中转矩系数负载转矩
式(1)式(2)进行拉式变换式(1)带入式(2)中直流电机转速输入电压传递函数
（3）
机械时间常数电气时间常数
表1直流电机铭牌参数
表1 直流电机铭牌系数
额定电压
额定电流
额定转速
额定输出功率
230V
104A
377rad
20KW
计算相关参数带入式中直流电机转速输入电压传递函数
（4）
2 基调整子模糊规设计
模糊PID控制器误差e误差变化率ec作输入PID三参数增量作输出满足时刻eecPID参数整定求结构图1示
21传统模糊控制规
根实际验系统稳定性响应速度超调量等方面总结参数KPKIKDeec调整需满足调整原
(1)误差较时响应速度加快应取较KP较KD时避免系统响应出现较超调取较KI值
(2)误差处中等时减系统超调KP应取时保证系统响应速度KIKD适中
(3)误差较时保证系统具较稳态性KPKI取较值避免系统设定值附出现振荡考虑系统抗干扰性适选取KD值：较时KD应取较值较时KD应取较值
述原基础通仿真进行调整纳出模糊控制规表2表3表4示
表2 KP控制规调整表
E
EC
NB
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表3 KI控制规调整表
E
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表4 KD控制规调整表
E
EC
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22 调整子模糊控制规
直流电机种复杂控制系统言响应阶段受外界扰动时传统模糊规难满足控制精度求表现稳定性差超调传统模糊规程度降低模糊PID控制器控制性文通设计种调整子作KPKIKD模糊规实现KPKIKD模糊规适应调整系统具更快响应速度更超调面KP模糊规例说明调整子设计原理
通表分析KP模糊规解析：
（5）
设计带调整子模糊规
（6）
(5)式知KP模糊控制规误差误差变化加权程度相满足系统阶段控制精度求程度降低模糊控制器控制性(6)式中KP控制规包含调整子通调整值实现模糊规调整满足控制系统时期误差误差变化加权程度
调整子值旦确定法改变法eec变化变化模糊规调整着限制文分析建立调整子eec函数：
（7）
公式（7）出时KP模糊规误差误差变化加权值相等时KP模糊规误差加权更时KP模糊规误差变化加权更实现调整子根eec值模糊规进行适应调整基调整子模糊PID控制器结构图图2示
图2 基调整子模糊PID控制器结构图
3系统仿真
Matlab软件中运行Fuzzy函数进入模糊逻辑器建立模糊控制器Simulink中搭建直流电机模糊PID控制模型进行仿真基调整子模糊PID控制器传统模糊PID控制器控制效果
输入1rad阶跃输入时基调整子模糊PID传统模糊PID响应曲线图3示图出基调整子模糊PID超调量接0调节时间03972s传统模糊PID超调4026调节时间04617s出基调整子模糊PID传统模糊PID相具更动态性稳态性
图3 阶跃信号仿真曲线
4 结束语
文传统模糊PID控制器设计种基调整子模糊PID控制器控制规进行改进应直流电机调速系统进行仿真仿真结果表明基调整子改进型模糊PID控制器动静态性鲁棒性抗干扰力均优常规模糊PID控制器应直流电机调速系统令满意控制效果
参考文献：
[1] 刘慧博 王静 吴彦合 刷直流电机模糊适应PID控制研究仿真[J] 控制工程 2014 21(4)583587
[2] 王庆明 孙怡 基模糊PID控制直流电机步控制系统[J] 机电工程 2012 29(5)493496
[3] 朱颖合 薛凌云 黄伟 基组织调整子模糊PID控制器设计[J] 系统仿真学报 2011 23(12)27322737
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