3 控制系统设计
3.1 系统方框图
控制系统采用速度、电流双闭环控制,速度环的作用是增强系统对负载变化的抗干扰能力,抑制转速波动,为提高系统的动态和静态性能,速度环控制器采用模糊自整定PID控制算法。电流环使电流紧紧跟随速度控制器的输出,对系统的扰动起抗干扰作用,为此电流环控制器采用PID控制算法,DSP通过速度环和电流环实时调节PWM的占空比来实现转速的控制。模糊自整定PID与PID控制算法的有效结合,使系统具有较强的适应性,确保速度主被控量的控制质量。
控制系统方块图如图2所示,其中nr为系统速度给定量;Un为速度控制器输出的控制量;Ui为电流控制器输出的控制量;UKf为电流环反馈量;Uk为功率模块
功率模块
功率模块是功率电子电力器件按一定的功能组合再灌封成一个模块。 [全文]
输出的控制量;nnf为速度环反馈量;n为速度环的被控量。
3.2 模糊子集及隶属函数
速度环控制器的转速给定nR和转速反馈值nnf的误差e(E)和误差变化率ec(EC)作为模糊控制器的输入,以Kp、Ki、Kd作为输出,找出PID与误差E和误差变化率EC的模糊关系,运行中不断检测E和EC,再根据模糊控制控制原理对PID进行在线调整,以满足不同的E和EC下被控过程对△Kp、△Ki、△Kd的要求。
模糊子集为E=EC=△Kp=△Ki=△Kd=﹛NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB﹜=﹛负大,负中,负小,零,正小,正中,正大﹜;输入变量论域为E=EC=﹛-3,-2,-1,0,1,2,3﹜;输出变量论域为△Kp=﹛-0.3,0.3﹜,△Ki=﹛-0.08,0.08﹜,△Kd=﹛-3,3﹜。隶属度函数采用灵敏性较强的三角函数,E、EC隶属度函数如图3所示。
3.3 模糊控制规则设计
速度环模糊控制规则采用if(条件) and then(结果)的形式表达,根据经验并通过反复调试得到下述49条控制规则,模糊控制规则如表2所示。
(1) if E is NB and EC is NB then △Kp is PB,△Ki is NB,△Kd is PS;
(2) if E is NB and EC is NM then △Kp is PB,△Ki is NB,△Kd is NS;
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(49) if E is PB and EC is PB then △Kp is NB,△Ki is PB,△Kd is PB。
3.4 模糊推理与模糊判决
根据模糊控制规则,求出△KP、△Ki、△Kd的隶属度P△K、i△K、d△K;采用加权平均法计算出输出量△Kp、△Ki、△Kd的确定值;再将Kp、Ki、Kd的代入PID控制算法中,计算出速度环输出的控制量Un,完成了PID参数的在线自整定过程。
T=10ms为采样周期。