一种无刷直流电机模糊PID控制调速系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种无刷直流电机模糊PID控制调速系统及方法，包括：根据模糊控制理论，建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器模块；建立无刷直流电机调速系统模块；建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器参数优化的目标函数；获取模糊PID控制器Kp、Ki、Kd与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系，根据检测误差e和误差变化率ec的值，以及模糊控制规则，对Kp、Ki、Kd三个参数进行修改。本发明专利技术还相应给出模糊控制设备，通过本发明专利技术的方法将PID控制系统中的转速调节采用模糊PID控制，它具有动态性能好，上升速度快，超调小，鲁棒性好这些优点。

A fuzzy PID control speed control system and method for brushless DC motor

The invention provides a brushless DC motor speed control system and fuzzy PID control method, including: according to the theory of fuzzy control, a fuzzy PID controller of Brushless DC motor speed control system; the establishment of Brushless DC motor speed control system module; establishing the objective function parameters optimization of fuzzy PID controller of Brushless DC motor speed regulating system access; fuzzy PID controller of Kp, Ki, Kd and e error and error rate of fuzzy relation between EC, according to the detection error E and error rate of the EC value, and the fuzzy control rules of Kp, Ki, Kd three modified parameters. The invention also correspondingly gives the fuzzy control device. By adopting the method of the invention, the speed regulation of the PID control system is controlled by fuzzy PID, which has the advantages of good dynamic performance, fast rising speed, small overshoot and good robustness.

【技术实现步骤摘要】
一种无刷直流电机模糊PID控制调速系统及方法
本专利技术涉及电机控制领域，特别涉及一种无刷直流电机模糊PID控制调速系统及方法。
技术介绍
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种机电一体化的产品。现在有的传统PID算法控制过程中，响应速度慢，动态响应较差，对系统的不确定性和非线性状况处理效果不佳，很难在控制上达到预期效果。在无刷直流电机调速系统中，转速环的作用是增强系统对负载变化的抗干扰能力，拟制转速波动，是系统的主要控制环节。由于传统PID控制参数无法根据被控对象参量变化做出相应的调整，所以鲁棒性往往无法令人满意。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术提出了一种无刷直流电机模糊PID控制调速系统及方法，将模糊逻辑用于无刷直流电机的调解控制，实现PID三个参数的在线调整。一种无刷直流电机模糊PID控制调速方法，包括：根据模糊控制理论，建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器模块；建立无刷直流电机调速系统模块；所述调速系统模块包括转速模糊PID控制器模块、电流PID控制器模块、三相逆变桥模块、无刷直流电机本体模块及pwm控制模块；建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器参数优化的目标函数；获取模糊PID控制器Kp、Ki、Kd与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系，根据检测误差e和误差变化率ec的值，以及模糊控制规则，对Kp、Ki、Kd三个参数进行修改。所述的方法中，所述建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器模块具体为：模糊集合的编辑和运算，使用误差e和误差变化率ec作为输入，控制量ΔKp和ΔKi以及ΔKd作为输出；建立隶属度函数，所述隶属度函数为三角形函数；模糊规则编辑，根据给出的模糊规则表，采用专家经验法，进行模糊规则编辑；生成模糊控制器。所述的方法中，所述获取模糊PID控制器Kp、Ki、Kd与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系具体为：确定去模糊化处理数学表达式：z为变量，uc(z)为变量z的隶属度函数，z0为积分与积分的比值；由此可得出模糊控制的精确量{e，ec}，代入下式计算：Kp＝Kp0+K1{e,ec}pKi＝Kio+K2{e,ec}iKd＝Kdo+K3{e,ec}d其中Kp0，Ki0，Kd0为Kp，Ki，Kd三个参数的初始值，ΔKp＝K1{e,ec}p，ΔKi＝K2{e,ec}i，ΔKd＝K3{e,ec}d。一种无刷直流电机模糊PID控制调速系统，包括：转速模糊PID控制器模块、电流PID控制器模块、三相逆变桥模块、无刷直流电机本体模块及pwm控制模块；所述无刷直流电机本体模块中包括反电动势模块、转矩计算模块及转子位置测量模块。本专利技术建立上述设备，进而写出整个控制系统的传递函数，优化控制器参数。最后模糊推理将模糊逻辑用于无刷直流电机的调节控制。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有的采用传统PID调速技术相比，具有以下有益效果：在无刷直流电机调速系统中，转速环的作用是增强系统对负载变化的抗干扰能力，拟制转速波动，是系统的主要控制环节。由于传统PID控制参数无法根据被控对象参量变化做出相应的调整，鲁棒性往往无法令人满意。因此本设计将PID控制系统中的转速调节采用模糊PID控制，它具有动态性能好，上升速度快，超调小，鲁棒性好这些优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术无刷直流电机调速系统模糊PID控制方法的流程图；图2为本专利技术一种无刷直流电机模糊PID控制调速系统框图；图3所示为一种无刷直流电机模糊PID控制调速系统结构图；图4为本专利技术控制参数e的三角形隶属度函数图；图5为本专利技术控制参数ec的三角形隶属度函数图；图6为本专利技术控制参数ΔKp的三角形隶属度函数图；图7为本专利技术控制参数ΔKi的三角形隶属度函数图；图8为本专利技术控制参数ΔKd的三角形隶属度函数图；图9为本专利技术模糊规则编辑图；图10为本专利技术一种无刷直流电机模糊PID控制调速系统实施例结构图；图11为本专利技术无刷直流电机本体模块结构图；图12为本专利技术反电动势模块结构图；图13为本专利技术转矩计算模块结构图；图14为本专利技术转子位置测量模块结构图；图15为本专利技术电流PID控制器模块；图16为本专利技术脉冲宽度调制pwm模块结构图；图17为本专利技术实施例调速系统空载情况下的电流、电压、角速度rad、转速n的响应曲线图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术中技术方案作进一步详细的说明。基于上述问题，本专利技术提出了一种无刷直流电机模糊PID控制调速系统及方法，将模糊逻辑用于无刷直流电机的调解控制，实现PID三个参数的在线调整。一种无刷直流电机模糊PID控制调速方法，如图1所示，包括：S101：根据模糊控制理论，建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器模块；电机的参数以及电机、转速环、电流环与控制系统的传递函数如下所示。定电压U＝220V；L＝0.015H；R＝0.5Ω；J＝0.06kg.m^2；Cm＝1.26；kΩ＝0.132；Ia＝53A；额定转速Ω＝1460r/mim。设定负载反馈系数为0.007，电流反馈系数为0.5。电机的传递函数为：由于T＝L/R，将L与R的数值代入上面公式，计算可得：(0.03s+1)/2；转速环与电流环的传递函数都为:将kp、ki与kd的值代入公式，计算可得：23/1.02s；整个控制系统的传递函数为:将上面的值代入公式，计算可(7.935s+264.5)/(1.3923*s*s+19.665s+264.5)；S102：建立无刷直流电机调速系统模块；所述调速系统模块包括转速模糊PID控制器模块、电流PID控制器模块、三相逆变桥模块、无刷直流电机本体模块及pwm控制模块；上述调速系统模块采用转速与电流双闭环调速系统；S103：建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器参数优化的目标函数；以寻求一组调节参数使得电机调速系统在工况转换过渡过程中上升时间快、超调量小、调节时间短；S104：获取模糊PID控制器Kp、Ki、Kd与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系，根据检测误差e和误差变化率ec的值，以及模糊控制规则，对Kp、Ki、Kd三个参数进行修改。所述的方法中，所述建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器模块具体为：模糊集合的编辑和运算，使用误差e和误差变化率ec作为输入，控制量ΔKp和ΔKi以及ΔKd作为输出；建立隶属度函数，所述隶属度函数为三角形函数；模糊规则编辑，根据给出的模糊规则表，采用专家经验法，进行模糊规则编辑；生成模糊控制器。采用“ifAandBthenC”的形式表达模糊控制规则；所述的方法中，所述获取模糊PID控制器Kp、Ki、Kd与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系具体为：确定去模糊化处理数学表达式：z为变量，uc(z)为变量z的隶属度函数，z0为积分与积分的比值；由此可得出模糊控制的精确量{e，ec}，代入下式计算：Kp＝Kp0+K1{e,ec}p本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机模糊PID控制调速方法，其特征在于，包括：根据模糊控制理论，建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器模块；建立无刷直流电机调速系统模块；所述调速系统模块包括转速模糊PID控制器模块、电流PID控制器模块、三相逆变桥模块、无刷直流电机本体模块及pwm控制模块；建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器参数优化的目标函数；获取模糊PID控制器Kp、Ki、Kd与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系，根据检测误差e和误差变化率ec的值，以及模糊控制规则，对Kp、Ki、Kd三个参数进行修改。

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机模糊PID控制调速方法，其特征在于，包括：根据模糊控制理论，建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器模块；建立无刷直流电机调速系统模块；所述调速系统模块包括转速模糊PID控制器模块、电流PID控制器模块、三相逆变桥模块、无刷直流电机本体模块及pwm控制模块；建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器参数优化的目标函数；获取模糊PID控制器Kp、Ki、Kd与误差e和误差变化率ec之间的模糊关系，根据检测误差e和误差变化率ec的值，以及模糊控制规则，对Kp、Ki、Kd三个参数进行修改。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立无刷直流电机调速系统的模糊PID控制器模块具体为：模糊集合的编辑和运算，使用误差e和误差变化率ec作为输入，控制量ΔKp和ΔKi以及ΔKd作为输出；建立隶属度函数，所述隶属度函数为三角形函数；模糊规则编辑，根据给出的模糊规则表，采用专家经验法，进行模糊规则编辑；生成模糊控制器。3.如权利要求1所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶大军，吕飞，王玲玉，魏瑶，窦庆鹏，吴建晓，陈修材，朱一枫，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23