基于模糊PID 的直流电机调速系统仿真研究

焦圣喜 王 泽 杨文明 东北电力大学吉林 132012

【文章摘要】

利用模糊PID 策略控制直流电机, 这种方法可使直流电机快速稳定调速, 并在Simulink 仿真环境下与传统PID 进行对比, 证实了方法的有效性。

【关键词】

直流电机;Fuzzy-PID 控制; 调速系统

1 模糊-PID 算法仿真与实现：

1.1 直流电机模型设计

建立仿真模型并对其进行封装，内部结构如图1 所示。模型为两输入，三输出， 具体为输入端电压，负载转矩，输出为电机转速，电磁转矩，电枢电流。

2 仿真研究

系统模型中选用增量式PID，为了便于比较传统PID 与模糊-PID 控制两种方法对系统的特性，将二者建立在同一个仿真系统中，针对同一个对象，采用同一个给定信号。系统建立仿真模型如图2 ：

将上述部分连接完后，设置各部分仿真参数。=2.25， =0.0465， =0.002， = =1.1， =0.7。increasePID 为四输入单输出的增量式子系统。系统仿真时间为5s，采用阶跃输入作为转速给定，给定值在0.5s 时刻为1500，step1 和step2 分别为从3s 时刻对系统幅值为10 的突加负载。系统的阶跃响应曲线如图3 所示。

为了突出干扰对系统的影响，在此取图像上半部分。由仿真结果可知，模糊-PID 控制速度响应经过0.15s 以后逐步趋向稳定，而传统PID 趋于稳定用时0.25s ；模糊-PID 无超调现象，传统PID 有很小的超调量出现；模糊-PID 整个控制过程稳定，传统PID 有波动现象出现； 在抗干扰方面，二者相当。

3 结语

由图示看出该直流电机模糊控制系统性能良好，模糊-PID 比传统PID 控制性能更优秀，模糊PID 有更小的超调量， 更快的系统响应时间，更低的稳态误差。

直流电机的动力学特性很复杂，传统的PID 控制，超调量大，上升时间也很长。模糊-PID 比传统PID 控制性能更优秀， 模糊PID 有更小的超调量，更快的系统响应时间，更低的稳态误差。因此，对于难以建立数学模型的滞后大、惯性大、非线性系统来说，采用常规PID 控制器与模糊控制相结合的控制方法是一种好的控制策略。

【参考文献】

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【作者简介】

焦圣喜（1969--），男，汉，吉林省吉林市人，东北电力大学副教授，博士，主要从事机器人方面的研究工作。

王泽（1988--），男，汉，吉林省农安县人，东北电力大学研究生，主要从事管道机器人方面研究。

杨文明（1988—），男，汉，吉林省永吉县人，东北电力大学研究生，主要从事视觉引导机器人自动焊接仿真研究。

图1 直流电机封装模型内部结构

图2 直流电机模糊-PID 控制仿真结构图

图3 直流电机仿真系统结果009