Matlab simulink 模糊PID在無刷直流電機中的應(yīng)用

無刷直流電機的數(shù)學模型。

1、無刷直流電機數(shù)學模型

然后給出無刷直流電機的動態(tài)數(shù)學模型

看到上述這張圖，不知聰明的你有沒有發(fā)覺，圖中采用機械方式即“霍爾傳感器”檢測轉(zhuǎn)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(huán)結(jié)構(gòu)，外環(huán)是速度環(huán)，通過光電編碼器檢測轉(zhuǎn)子的速度；內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。兩環(huán)都有各自的調(diào)節(jié)器（控制器）。

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2、模糊PID (PID和模糊控制)

模糊控制設(shè)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(shù)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(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如下圖，圖中有速度環(huán)和電流環(huán)。

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然后給出在Simulink中與之相對應(yīng)的速度電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)計的模糊PID是針對速度控制器設(shè)計的，電流控制器采用PID。

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模糊PID的結(jié)構(gòu)

模糊PID的設(shè)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(shù)，也就是確定出模糊控制器的維數(shù)(一般選二維)。在控制系統(tǒng)中一般選用的二維控制器的輸入變量為系統(tǒng)的偏差e以及系統(tǒng)的偏差變化率ec，此時，系統(tǒng)的輸出變量也就是常規(guī)PID的三個參數(shù)KP,?KI?,?KD的調(diào)整量ΔKp、ΔKi和ΔKd。

2）從系統(tǒng)的實際情況出發(fā)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(shù)。

4)?制定模糊控制規(guī)則，確定模糊控制規(guī)則的主要思想是實驗人員將以往的控制經(jīng)驗總結(jié)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(tǒng)輸出響應(yīng)的動態(tài)和靜態(tài)性能達到最好是制定模糊控制規(guī)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(jù)第4步中的模糊控制規(guī)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(shù)KP,KI?,?KD的調(diào)整量，模糊控制表就是由這些調(diào)整量與輸入量在一個表中按一定關(guān)系列出而得到的。由于KP,?KI?,?KD這三個參數(shù)調(diào)整時是相互獨立的，所以會產(chǎn)生三個模糊控制表。

6)?求出模糊控制表之后，將經(jīng)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(guī)則表，這樣就得到了新的PID參數(shù)，然后經(jīng)過常規(guī)的PID的算法就可以得出系統(tǒng)最后的輸出控制量。

7)?根據(jù)系統(tǒng)的仿真效果圖和實驗數(shù)據(jù)結(jié)果對模糊PID控制器的性能進行分析，從而去調(diào)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(tài)。

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真實設(shè)計如下：

1、選取輸入為偏差e以及系統(tǒng)的偏差變化率ec，輸出為常規(guī)PID的三個參數(shù)的調(diào)整量kp, ki , kd。

2、確定離散論語、模糊子集和隸屬度函數(shù)

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(shù)為三角形函數(shù)。

3、模糊控制規(guī)則有

規(guī)則表格如下

由表格看出一共有7*7=49條規(guī)則。

4、根據(jù)實驗結(jié)果反復(fù)調(diào)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(shè)計的模糊PID如下

然后實驗結(jié)果為（電機轉(zhuǎn)速為1000r/min），

總結(jié)

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(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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