基于模糊PID的直流电机调速系统[范文]

1、绪论

1.1研究目的

直流电动机大量应用于各类电力运动自动控制系统中，直流电动机具有悠久的运用历史，这充分的证明论直流电动机具有许多优良特性。对于直流电动机闭环调速系统的控制，常使用稳定性好、结构简单的常规PID 控制系统。

模糊自整定PID 控制达到实际应用的要求较高，相对于传统的 PID 控制以及模糊控制，发挥出的优点更多，效果更好。是一个继承优点并有效排除缺陷的算法。它具有反应速度快、较小的超调量、更短的过渡时间、更高的控制精确度等一系列优点。模糊自整定 PID 控制能在实际控制中对控制参数进行在线自主做出调整，能够在不同的环境和工作状况中有优秀的工作表现。

PID控制原理图

直流电动机是一种非线性的被控对象，线性固定参数的PID 控制器在应用过程有很多不足，因为在其各种负载中，有各种非线性因素，会使控制系统的快速性、稳定性、准确性三种重要控制指标不能够同时顾及到，这样就使系统不能在实际工作环境中保持原有的设计性能指标，导致系统的鲁棒性降低。

随着电子技术和智能控制系统的进步，世界出现了各种驱动设备对直流电机进行驱动，这些系统是在经典PID 控制器的基础原理上涉及的；世界有很多学者正在通过仿真实验对直流电机的智能控制策略做研究。在现场对控制需求越来越智能化的当前，本文应用仿真软件对模糊自整定 PID 算法来控制直流电机转速调节来验证模糊自整定PID控制器的优良特性。

1.2 PID的发展

在现今的模拟过程中已经形成了一系列以比例-积分-微分（下称PID）控制为标志的针对于控制环节进行一系列设计的方案。这种方法操作简便并且有较高的可能性能够很好的完成整体需求的调节目标。在现今的一些设备中，这种基于反馈概念的控制被运用的较多，并且占据了现今智能调节市场中接近八成的份额。虽然对着时间的推进，技术的进步，有很多新的方法不停地被科学家们发现，但PID因为其某些方面不可替代的优势而一直被人们使用着。尤其是在中国，普遍就使用着这种控制方法。并且这种情况不仅是在中国出现，在其他工业发展更为先进的过来之中，也在许多情况下使用着这种控制方法。

这种调节方法的原理更容易被人们理解、可以通过一些简单的调整而应用于更多的情况之中，并且最使得它被人们青睐的特质是这种过程的实现并不需要被控对象是否能够被进行精确的建模运算，从而为大规模的生产简化了过程、减少了成本、带来了更大的收益。而且这种方法有着很长一段研究过程，在此过程中，不论是研究者还是实际操作人员在这种控制环节的研制和使用调整方面有着更多的经验。

1.3 模糊控制的起源

这种控制的基点是一些数学方面的模糊运算，是一种偏向于智能化的控制环节，是科学技术进步发展的必然产物，因为这是顺应人们需求的。在这种方法的实现过程中，操作者不必提供处于被控制状态的系统本身的一些参量或者是相关的一些模型，并且这种方法有着很高的工作效率。但就当前的研究成果来说，并没有提出一种能够确定其所得结果的准确程度的方法，而且这种方法所产生的控制结果在稳定后会由于一些因素而出现与既定目标值之间的偏差。系统在没有人对其进行控制的情况下进行一些对其本身的的调节以及控制，从而实现系统自身需要完成的一些性能。这种控制调节的方法不需要对于被控系统进行一些基于数学理论上面的分析记忆数学建模运算。总结而言，它是一种不需要建立模型的实现控制环节的方法，通过这种本身自发进行的过程，争取做到达到理想性能指标。

1.3.1 模糊控制的主要优点

(l)摆脱了已有控制方法中在相关数学运算中必不可少的模型局限。操作者不必提供处于被控制状态的系统本身的一些参量或者是相关的一些模型，并且这种方法有着很高的工作效率。

(2)因为这种方法是基于人们熟悉的经验论，所以这种方法更能够得到实现，不会给现有的成熟操作人员带来操作困难。

(3)制造容易、降低成本、操作简便、便于维修。

(4)具有更良好的鲁棒性。

1.3.2 模糊控制的现状和发展方向

多年前，有学者第一次发表了一系列关于这种模糊理论是如何具体应用的研究成果，在此之上经过后人的研究，终于使这种拥有着很多优点的算法可是被应用到日常的生活中。这种算法的发展大致经历了有简单到自我完善的过程。