专利名称：基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法
技术领域：
本发明涉及模糊控制领域，具体涉及基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法。
背景技术：
经典PID控制算法已经能够很好地解决有精确数学模型的控制问题，但是在某些应用中电机轴在转动的过程中，负载产生的阻力矩是变化着的，这时不能得到精确地电机模型。无法实现在非平衡负载时超调小，系统响应时间短的效果。现有的模糊控制方法的在非平衡负载时超调大，系统响应时间长。
发明内容
本发明是为了解决现有的模糊控制方法在非平衡负载时超调大，系统响应时间长的问题。本发明所述的基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法为通过传感器测量电机转子的实际转角Q，采用给定的电机转子转角信号r与实际转角Q做差获得偏差信号e，该偏差信号e经过偏差量化因子Ke处理得到模糊控制器输入量偏差E，该输入量偏差E输入至模糊控制器；所述模糊控制器为带有四个修正因子的模糊控制器，同时，将偏差信号e求导，并经过偏差变化率因子Kec处理得到模糊控制器输入量偏差变化率EC，该输入量偏差变化率EC输入至模糊控制器，所述模糊控制器将输入的输入量偏差E和输入量偏差变化率EC进行模糊化、模糊推理和决策，得到输出量U，该输出量u经过输出量化因子Ku处理得到电机的控制电压U，该控制电压U输出给电机实现对电机的控制。本发明所述的基于四个量化因子的电机非平衡负载的模糊控制方法在非平衡负载时超调小，系统响应时间短，单位阶跃响应比单个修正因子的算法快25%左右。
图I为本发明的控制原理框图；图2为现有直流电机非平衡负载模型的等效框图；图3为电机轴处于水平位置时，非平衡对称的负载相对于电机轴的等效模型图；图4为电机轴处于水平位置时，非平衡对称的负载力矩波形图；图5为电机轴处于竖直位置时,非平衡对称的负载相对于电机轴的等效模型图；图6为二维模糊控制器的结构示意图；图7为在负载平衡的情况下，单位阶跃跟踪信号曲线图；图8为在负载平衡的情况下，模糊控制器控制电压U曲线图；图9为在负载平衡的情况下，偏差信号曲线图；图10为在非平衡负载情况下，加入非平衡负载时的响应曲线图；图11为在非平衡负载情况下，加入非平衡负载时的控制器的控制电压U曲线图12为在非平衡负载情况下，加入非平衡负载时的偏差信号变化曲线图。
具体实施方式
具体实施方式
一、结合图I具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法为，通过传感器测量电机转子的实际转角Q，采用给定的电机转子转角信号r与实际转角Q做差获得偏差信号e，该偏差信号e经过偏差量化因子Ke处理得到模糊控制器输入量偏差E，该输入量偏差E输入至模糊控制器；所述模糊控制器为带有四个修正因子的模糊控制器，同时，将偏差信号e求导，并经过偏差变化率因子Kec处理得到模糊控制器输入量偏差变化率EC，该输入量偏差变化率EC输入至模糊控制器，所述模糊控制器将输入的输入量偏差E和输入量偏差变化率EC进行模糊化、模糊推理和决策，得到输出量U，该输出量u经过输出量化因子Ku处理得到电机的控制电压U，该控制电压U输出给电机实现对电机的控制。当模糊输入量偏差E和模糊输入量偏差变化率EC较大时，取较小的Ke和Kec，减小对模糊输入量偏差E和模糊输入量偏差变化率EC的分辨能力，同时取较大Ku，增大电机的控制电压U的变化，减小过渡过程时间；当模糊输入量偏差E和模糊输入量偏差变化率EC较小时，取较大的Ke和Kec，提高对模糊输入量偏差E和模糊输入量偏差变化率EC的分辨率，同时取较小Ku，减小电机的控制电压U的变化，减小超调量，缩短到达稳态的时间。可以选择不同的量对模糊输入量偏差E及模糊输入量偏差变化率EC语言变量量化值进行加权，直接改变模糊规则表，电机的控制电压U则会相应变化，同样控制了电机对象。形式为U = -<aE+(l-a)EC>，0 彡 a 彡 I其中，a为修正因子。现有的电机非平衡负载模型为将输入的直流电机的实际电压Ua(S)减去直流电
I
机的等效总阻转矩T'。，再减去直流电机感应电动势Ea(S)后，输入给电机模型+
电机模型,运算后输出直流电机电流Ia(s)，该直流电机电流Ia(S)再与电机转矩灵
LaS+Ra
敏度Kt进行乘法运算后，输出电磁力矩Tail(S)，根据电磁力矩Tm(S)与电机转动惯量+的
关系进行运算后，获得直流电机转子角度Q (s)，Ra为直流电机电枢的电阻，La为直流电机电枢的电感，可忽略不计，s为复频率，J为直流电机轴上总的转动惯量；所述直流电机感应电动势Ea(S)由直流电机转子角度Q (s)与反电机系数Ke相乘后获得。所述直流电机的等效总阻转矩T'。为T:=Tc^^^Tc^，
Kt Kt其中T。为总阻转矩，Tc = TfT1，T0是直流电机自身的阻转矩，T1是直流电机的负载阻转矩。
具体实施方式
二、结合图6具体说明本实施方式，本实施方式与
具体实施方式
一所述的基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法的区别在于，模糊控制器包括模糊化接口 I、推理机2、知识库3和解模糊接口 4，所述的知识库3包括数据库3-1和规则库3-2,模糊控制器的输入量偏差E和输入量偏差变化率EC通过模糊化接口 I经过模糊化后发送给推理机2，所述的数据库3-1用于存储输入输出语言变量，所述的规则库3-2包含模糊控制规则信息，所述模糊控制规则信息中包括输入量偏差E和输入量偏差变化率EC与模糊输出之间的对应关系，该推理机2根据接收到的模糊化后的输入量偏差E和输入量偏差变化率EC从数据库3-1中读取相应的输出语言变量，同时从规则库3-2中读取相应的模糊控制规则信息 ，然后根据模糊化后的输入量偏差E、输入量偏差变化率EC、输入语言变量和模糊控制规则求解模糊关系方程，获得输出的模糊控制量，并将该模糊控制量发送给解模糊接口 4，所述解模糊接口 4将该模糊控制量作为模糊控制器的输出量u输出。所述的模糊化接口 I是输入变量经过语言变量化后的入口，用(正大，负中…正中，正大)的语句表达语言变量，知识库3包括数据库3-1和规则库3-2，所述的数据库3-1用来存储输入输出语言变量，所述的规则库3-2包含模糊控制规则信息，为推理机2提供推理的依据。推理机2是由模糊控制器根据输入语言变量、模糊控制规则求解模糊关系方程，并获得模糊控制量的功能部分，把获得的模糊量输出给解模糊接口 4以清晰化后输出控制
输出量。
具体实施方式
三、本实施方式与
具体实施方式
二所述的基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法的区别在于，模糊化后的输入量偏差E的语言变量和输入量偏差变化率EC的语言变量根据规则库3-2的模糊控制规则信息选择输出量u相应的语言变量，该语言变量为
E
u-------
NB NM NS ZO PS PM PB
NBPB PM PM PM PSZOZO
NMPB PM PM PS PSNSNS
NSPM PM PS PS ZONSNS
EC ZOPM PS ZO ZO ZONSNM
PSPM PS ZO NS NSNMNM .
PMPS PS NS NS NMNMNB
PBPS ZO NS NM NMNMNB
o
具体实施方式
四、本实施方式与
具体实施方式
一所述的基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法的区别在于，所述模糊控制器的形式为
权利要求
1.基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法，其特征在于，通过传感器测量电机转子的实际转角Q，采用给定的电机转子转角信号I■与实际转角Q做差获得偏差信号e，该偏差信号e经过偏差量化因子Ke处理得到模糊控制器输入量偏差E，该输入量偏差E输入至模糊控制器；所述模糊控制器为带有四个修正因子的模糊控制器，同时，将偏差信号e求导，并经过偏差变化率因子Kec处理得到模糊控制器输入量偏差变化率EC，该输入量偏差变化率EC输入至模糊控制器，所述模糊控制器将输入的输入量偏差E和输入量偏差变化率EC进行模糊化、模糊推理和决策，得到输出量U，该输出量u经过输出量化因子Ku处理得至IJ电机的控制电压U，该控制电压U输出给电机实现对电机的控制。
2.根据权利要求I所述的基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法，其特征在于，模糊控制器包括模糊化接口(I)、推理机(2)、知识库(3)和解模糊接口(4)，所述的知识库(3)包括数据库(3-1)和规则库(3-2)， 模糊控制器的输入量偏差E和输入量偏差变化率EC通过模糊化接口(I)经过模糊化后发送给推理机(2)，所述的数据库(3-1)用于存储输入输出语言变量，所述的规则库(3-2)包含模糊控制规则信息，所述模糊控制规则信息中包括输入量偏差E和输入量偏差变化率EC与模糊输出之间的对应关系,该推理机(2)根据接收到的模糊化后的输入量偏差E和输入量偏差变化率EC从数据库(3-1)中读取相应的输出语言变量，同时从规则库(3-2)中读取相应的模糊控制规则信息，然后根据模糊化后的输入量偏差E、输入量偏差变化率EC、输入语言变量和模糊控制规则求解模糊关系方程，获得输出的模糊控制量，并将该模糊控制量发送给解模糊接口(4)，所述解模糊接口(4)将该模糊控制量作为模糊控制器的输出量u输出。
3.根据权利要求2所述的基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法，其特征在于，模糊化后的输入量偏差E的语言变量和输入量偏差变化率EC的语言变量根据规则库(3-2)的模糊控制规则信息选择输出量u相应的语言变量，该语言变量为 E
4.根据权利要求I所述的基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法，其特征在于，所述模糊控制器的形式为
5.根据权利要求I所述的基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法，其特征在于，模糊控制器的模糊输入量偏差E和模糊输入量偏差变化率EC的论域均为[-6，+6],控制电压U的论域为[-3，+3]。
6.根据权利要求4所述的基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法，其特征在于，输入量偏差E和输入量偏差变化率EC根据函数参数的不同确定对应的隶属度函数，由该隶属度函数读取数据库(3-1)中相应的语言变量，该语言变量为
全文摘要
基于四个修正因子的电机非平衡负载模糊控制方法，涉及模糊控制领域。它是为了解决现有的模糊控制方法在非平衡负载时超调大，系统响应时间长的问题。本法明通过传感器测量电机转子的实际转角Ω，采用给定的电机转子转角信号r与实际转角Ω做差获得偏差信号e，e经过偏差量化因子Ke处理得到模糊控制器输入量偏差E输入至模糊控制器；模糊控制器为带有四个修正因子的模糊控制器，将e求导，经过偏差变化率因子Kec处理得到模糊控制器输入量偏差变化率EC输入至模糊控制器，模糊控制器将E和EC进行模糊化、模糊推理和决策，得到输出量u，u经过输出量化因子Ku处理得到电机的控制电压U输出给电机实现对电机的控制。本发明适用于模糊控制领域。
文档编号G05B13/04GK102621893SQ201210114619
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者姜守达, 杨京礼, 林连雷 申请人:哈尔滨工业大学