Matlab simulink 模糊PID在無刷直流電機中的應用

無刷直流電機的數學模型。

1、無刷直流電機數學模型

然后給出無刷直流電機的動態數學模型

看到上述這張圖，不知聰明的你有沒有發覺，圖中采用機械方式即“霍爾傳感器”檢測轉子的位置，并非無感（檢測第三相感生電動勢）的方式。雖然有不同，但是不妨礙我們理解模糊PID算法。

上圖是雙環結構，外環是速度環，通過光電編碼器檢測轉子的速度；內環是電流環。兩環都有各自的調節器（控制器）。

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2、模糊PID (PID和模糊控制)

模糊控制設計如下：

圖中，模糊控制器的輸入是給定值x與實際值y的偏差e和偏差變化率ec，輸出是PID參數的增量。

模糊PID有如下的兩種形式：

圖中的Gain和Gain1為量化因子，Gain2,Gain3和Gain4為比例因子。

圖中的Gain3和Gain4為量化因子，Gain5,Gain6和Gain7為比例因子。

無刷直流電機的轉速控制系統如下圖，圖中有速度環和電流環。

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然后給出在Simulink中與之相對應的速度電流雙閉環調速系統結構圖

圖中WASR和WACR分別為速度控制器和電流控制器。

注意：如下設計的模糊PID是針對速度控制器設計的，電流控制器采用PID。

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模糊PID的結構

模糊PID的設計步驟包括以下幾點：（有些難懂，可以跳過，下邊還會以圖的形式介紹）

1）確定模糊控制器輸入和輸出的變量的個數，也就是確定出模糊控制器的維數(一般選二維)。在控制系統中一般選用的二維控制器的輸入變量為系統的偏差e以及系統的偏差變化率ec，此時，系統的輸出變量也就是常規PID的三個參數KP,?KI?,?KD的調整量ΔKp、ΔKi和ΔKd。

2）從系統的實際情況出發來確定各個輸入和輸出量的變化范圍，而后確定出他們的量化等級、量化因子和比例因子。

3)?確定輸入輸出離散論語的范圍如{-6, 6},模糊子集如{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，最后確定合適的隸屬度函數。

4)?制定模糊控制規則，確定模糊控制規則的主要思想是實驗人員將以往的控制經驗總結后得出的模糊條件語句的一個集合，保證控制器的輸出可以使系統輸出響應的動態和靜態性能達到最好是制定模糊控制規則所要遵守的最重要的原則。

5)?求出模糊控制表。模糊控制器輸出值的確定要根據第4步中的模糊控制規則和第2、3步中所確定的輸入和輸出變量來求得，求出的輸出值也就是PID參數KP,KI?,?KD的調整量，模糊控制表就是由這些調整量與輸入量在一個表中按一定關系列出而得到的。由于KP,?KI?,?KD這三個參數調整時是相互獨立的，所以會產生三個模糊控制表。

6)?求出模糊控制表之后，將經過第2、3步處理后的偏差e和偏差變化率ec代入模糊控制規則表，這樣就得到了新的PID參數，然后經過常規的PID的算法就可以得出系統最后的輸出控制量。

7)?根據系統的仿真效果圖和實驗數據結果對模糊PID控制器的性能進行分析，從而去調整量化因子和比例因子的值以使控制效果達到理想的狀態。

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真實設計如下：

1、選取輸入為偏差e以及系統的偏差變化率ec，輸出為常規PID的三個參數的調整量kp, ki , kd。

2、確定離散論語、模糊子集和隸屬度函數

如圖選擇e和ec的論語范圍為[-5 5]，kp, ki , kd 的離散論語為[-1 1],模糊子集為[NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB]，隸屬度函數為三角形函數。

3、模糊控制規則有

規則表格如下

由表格看出一共有7*7=49條規則。

4、根據實驗結果反復調整量化因子和比例因子，以便獲取做好的控制效果。

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仿真實例

仿真實例如圖

圖中設計的模糊PID如下

然后實驗結果為（電機轉速為1000r/min），

總結

以上是生活随笔為你收集整理的2021-03-31 Matlab simulink 模糊PID在无刷直流电机中的应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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