一种基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法技术

本发明专利技术一种基于模糊PI‑PD控制的直流无刷电机调速方法。包括模型的建立及调速方法，模型的建立包括两级模糊控制器，一级模糊控制实时调节PI控制器参数，二极模糊控制调整一级模糊控制器输出的缩放因子。调速方法是首先对电机实际转速n与给定转速nr进行比较计算，得出最终偏差e以及偏差变化率ec，在模糊控制器1中将上述两项偏差进行模糊化，将经过模糊化之后的E与EC交与模糊控制器开展推理工作，从而得到解模糊化后的k1p和k1i，在模糊控制器2中采用同样的方法得到k2p和k2i，然后将两个模糊控制器输出相乘，结果输入到PI控制器中，最后经过PD控制调节输入到无刷直流电机模型中，达到控制电机转速的目的。并且本发明专利技术采用模糊控制不需要依赖被控电机的精确数学模型，使其在控制状态中更加稳定，并且可以有效地抑制被控电机的非线性的情况；在控制过程中，模糊PI‑PD的自整定可以不断地监控参数的变化以及参数的实时反馈，使控制效果达到最优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法
本专利技术属于直流电机调速
，具体涉及一种基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法。
技术介绍
无刷直流电机已经应用于机械动力设备、电动汽车，机器人等领域中。但是无刷直流电动机在调速过程中是一种非线性运行状态，使用传统的PID控制并不能很好的对直流电机进行调速。传统的控制策略，如PID控制具有结构简单、易实现等优点，通常在参数匹配的情况下可获得较好的性能，但在系统参数变化或负载扰动情况下，往往无法保证得到理想的闭环控制性能。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种能够稳定控制被控对象的方法：一种基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法。包括模型的建立及调速方法，模型的建立包括两级模糊控制器，一级模糊控制实时调节PI控制器参数，二极模糊控制调整一级模糊控制器输出的缩放因子。调速方法是首先对电机实际转速n与给定转速nr进行比较计算，得出最终偏差e以及偏差变化率ec，在模糊控制器1中将上述两项偏差进行模糊化，将经过模糊化之后的E与EC交与模糊控制器开展推理工作，从而得到解模糊化后的k1p和k1i，在模糊控制器2中采用同样的方法得到k2p和k2i，然后将两个模糊控制器输出相乘，结果输入到PI控制器中，最后经过PD控制调节输入到无刷直流电机模型中，达到控制电机转速的目的。本专利技术提供的一种基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法，所述的模型建立的步骤如下：Step1：建立两个模糊控制器，定义所述两个模糊控制器的输入值及输出值的模糊子集；Step2：建立所述模糊子集的隶属度函数及各个模糊控制器的模糊控制模型；Step3：根据所述模糊子集的隶属度函数及各个模糊控制器的模糊控制模型，应用模糊合成推理得到PI控制参数的模糊矩阵表；Step4：采用重心法对所述模糊子集进行反模糊化，得到用于控制的清晰量。所述的调速方法是根据上述模型建立两个模糊控制器，定义所述两个模糊控制器的输入值及输出值的模糊子集中，还包括：以转速偏差及偏差变化率作为所述两个模糊控制器的输入值，定义所述转速偏差和偏差变化率的模糊子集，并将转速偏差和偏差变化率的模糊子集映射到论域上；将两个模糊控制器的输出值分别相乘，结果作为传统PI控制器的比例、积分控制参数的修正值，定义所述两个模糊控制器输出值的模糊子集，并将所述两个模糊控制器输出值的模糊子集映射到论域上。PI控制参数的模糊矩阵表按下式计算得到：kp＝k2p×k1p+kp0ki＝k2i×k1i+ki0其中，kp0、ki0是系统参数的预设值，k1p、k1i是模糊控制器1的输出值，k2p、k2i是模糊控制器2的输出值，可根据被控对象的状态自动调整PI控制参数的取值。相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用模糊控制不需要依赖被控对象的精确数学模型，使其在控制状态中更加稳定，并且可以有效地抑制被控对象的非线性的情况；在控制过程中，模糊PI-PD的自整定可以不断地监控参数的变化以及参数的实时反馈，使控制效果达到理想化。附图说明图1所示为本专利技术基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法模型示意图。图2所示为本专利技术基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法具体工作流程图。具体实施方式下文将结合具体实施例详细描述本专利技术。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本专利技术提供了一种基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法。包括模型的建立及调速方法，模型的建立包括两级模糊控制器，一级模糊控制实时调节PI控制器参数，二极模糊控制调整一级模糊控制器输出的缩放因子。调速方法是首先对电机实际转速n与给定转速nr进行比较计算，得出最终偏差e以及偏差变化率ec，在模糊控制器1中将上述两项偏差进行模糊化，将经过模糊化之后的E与EC交与模糊控制器开展推理工作，从而得到解模糊化后的k1p和k1i，在模糊控制器2中采用同样的方法得到k2p和k2i，然后将两个模糊控制器输出相乘，结果输入到PI控制器中，最后经过PD控制调节的结果输入到无刷直流电机模型中，达到控制电机转速的目的。本专利技术基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法的模型示意图如图1所示，其具体的建模步骤如下所示：Step1：建立两个模糊控制器，定义所述两个模糊控制器的输入值及输出值的模糊子集；Step2：建立所述模糊子集的隶属度函数及各个模糊控制器的模糊控制模型；Step3：根据所述模糊子集的隶属度函数及各个模糊控制器的模糊控制模型，应用模糊合成推理得到PI控制参数的模糊矩阵表；Step4：采用重心法对所述模糊子集进行反模糊化，得到用于控制的清晰量。如图2所示为本专利技术基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法具体工作流程图，下面结合模型建立的步骤对工作流程进行详细说明：Step1：建立两个模糊控制器，定义所述两个模糊控制器的输入值及输出值的模糊子集；以转速偏差及偏差变化率作为所述两个模糊控制器的输入值，定义所述转速偏差和偏差变化率的模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，分别代表输入输出语言变量的模糊子集：负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，并将转速偏差和偏差变化率的模糊子集映射到论域[-6，6]上；将两个模糊控制器的输出值分别相乘，结果作为传统PI控制器的比例、积分控制参数的修正值，定义所述两个模糊控制器输出值的模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，分别代表输入输出语言变量的模糊子集：负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，并将所述两个个模糊控制器输出值的模糊子集映射到论域[-10，10]上。Step2：建立所述模糊子集的隶属度函数及各个模糊控制器的模糊控制模型；Step3：根据所述模糊子集的隶属度函数及各个模糊控制器的模糊控制模型，应用模糊合成推理得到PI控制参数的模糊矩阵表；PI控制参数的模糊矩阵表按下式计算得到：kp＝k2p×k1p+kp0ki＝k2i×k1i+ki0其中，kp0、ki0是系统参数的预设值，k1p、k1i是模糊控制器1的输出值，k2p、k2i是模糊控制器2的输出值，可根据被控对象的状态自动调整PI控制参数的取值。控制品质的好坏主要取决于控制参数选择的合理性。根据经验，从系统的响应速度、稳定性、超调量、稳态精度、PID控制参数kp、ki及kd的作用等方面来考虑，对受控过程中对应不同偏差e和偏差变化率ec变化下，PI控制器参数kp，ki的自调整要满足如下调整原则；(1)当误差E较大时，为尽快消除误差，提高响应速度，k1p、k2p取大值，k1i、k2i取较小值或零；误差E较小时，为继续消除误差，及防止超调过大而产生振荡，k1p、k2p值要减小，k1i、k2i取小值，在误差E很小时，为消除静差，避免系统在设定值附近产生振荡使系统尽快稳定，k1p、k2p值继续减小k1i、k2i值不变或稍取大一点。(2)当E与EC同号时，被控量向偏离给定值方向变化，应加强控制作用，使误差朝减小方向变化，应取较小k1i、k2i；当E与EC异号时，被控量向接近给定值方向变化，因此在误差E较大时，取较小的k1p、k2p值或零以加快控制的动态过程。(3)EC越大，k1p、k2p取值越本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模糊PI‑PD控制的直流无刷电机调速方法，其特征在于，包括控制模型的建立及电机调速方法，控制模型的建立包括两级模糊控制器，一级模糊控制实时调节PI控制器参数，二极模糊控制调整一级模糊控制器输出的缩放因子。电机调速方法是首先对电机实际转速n与给定转速nr进行比较计算，得出最终偏差e以及偏差变化率ec，在模糊控制器1中将上述两项偏差进行模糊化，将经过模糊化之后的E与EC交与模糊控制器开展推理工作，从而得到解模糊化后的k1p和k1i，在模糊控制器2中采用同样的方法得到k2p和k2i，然后将两个模糊控制器输出相乘，结果输入到PI控制器中，最后经过PD控制调节输入到无刷直流电机模型中，达到控制电机转速的目的。

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法，其特征在于，包括控制模型的建立及电机调速方法，控制模型的建立包括两级模糊控制器，一级模糊控制实时调节PI控制器参数，二极模糊控制调整一级模糊控制器输出的缩放因子。电机调速方法是首先对电机实际转速n与给定转速nr进行比较计算，得出最终偏差e以及偏差变化率ec，在模糊控制器1中将上述两项偏差进行模糊化，将经过模糊化之后的E与EC交与模糊控制器开展推理工作，从而得到解模糊化后的k1p和k1i，在模糊控制器2中采用同样的方法得到k2p和k2i，然后将两个模糊控制器输出相乘，结果输入到PI控制器中，最后经过PD控制调节输入到无刷直流电机模型中，达到控制电机转速的目的。2.根据权利要求1所述的一种基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法，其特征在于：所述的控制模型的建模步骤为：Step1：建立两个模糊控制器，定义所述两个模糊控制器的输入值及输出值的模糊子集；Step2：建立所述模糊子集的隶属度函数及各个模糊控制器的模糊控制模型；Step3：根据所述模糊子集的隶属度函数及各个模糊控制器的模糊控制模型，应用模糊合成推理得到PI控制参数的模糊矩阵表；Step4：采用重心法对所述模糊子集进行反模糊化，得到用于控制的清晰量。3.根据权利要求2所述的一种基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法，其特征在于：所述的电机调速方法是在所建立控制模型的基础上，对两个模糊控制器的模糊规则进行定义。4.根据权利要求3所述的一种基于模糊PI-PD控制的直流无刷电机调速方法，其特征在于：所述的建立两个模糊控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡黄水，赵思远，杨兴旺，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22