本发明属于直流电机调速技术领域，具体涉及一种基于混合自调节模糊pid控制的直流电机调速方法。
背景技术
无刷直流电机采用逆变器和转子位置传感器组成的电子换向器代替了传统直流电机的机械换向器和电刷，克服了传统直流电机换向带来的噪音和火花等干扰问题，不但保持了直流电机优良的调速特性，而且具有交流电机运行可靠、维护方便等优点。因此，无刷直流电机在运动控制系统中得到了广泛的应用。
目前，在无刷直流电机调速控制系统中普遍采用pid控制，然而无刷直流电机系统是一个非线性、多变量、强藕合的时变系统，采用传统的pid控制对无刷直流电机调速时，难以实现控制参数的优化，而且抗干扰能力较差，满足不了高精度伺服控制系统的要求。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于混合自调节模糊pid控制的直流电机调速方法。结合模糊控制和pid控制优点，在控制系统模型中引入开关函数对控制过程的瞬态和稳态单独控制，满足高精度伺服控制系统的动、静态性能要求和提高系统的抗干扰能力，达到对直流无刷电机调速的目的。
本发明提供的一种基于混合自调节模糊pid控制的直流电机调速方法，所述的模型建立的步骤如下：
step1：建立一个模糊控制器，定义所述模糊控制器的输入值及输出值的模糊子集；
step2：建立所述模糊子集的隶属度函数及模糊控制器的模糊控制模型；
step3：根据所述模糊子集的隶属度函数及模糊控制器的模糊控制模型，应用模糊合成推理得到pi控制参数的模糊矩阵表；
step4：采用重心法对所述模糊子集进行反模糊化，得到用于控制的清晰量。
step5：通过开关函数判定控制系统状态，用于瞬态、稳态控制过程分析。
进一步的，所述步骤s1建立一个模糊控制器，定义所述模糊控制器的输入值及输出值的模糊子集，还包括：
以转速偏差及偏差变化率作为所述模糊控制器的输入值，定义所述转速偏差和偏差变化率的模糊子集，并将所述转速偏差和偏差变化率的模糊子集映射到论域上；
将所述模糊控制器的输出值分别作为传统pi控制器的比例、积分控制参数的修正值，定义所述模糊控制器输出值的模糊子集，并将所述模糊控制器输出值的模糊子集映射到论域上。
进一步的，所述步骤s3中的pi控制参数的模糊矩阵表按下式计算得到:
kp＝kp1+kp0
ki＝ki1+ki0
其中，kp0、ki0是系统参数的预设值，kp1、ki1是模糊控制器的输出值，可根据被控对象的状态自动调整pi控制参数的取值。
进一步的，所述步骤s5中的通过开关函数判定控制系统状态，还包括：
控制过程中引入开关函数，在稳态控制过程中，e＜10误差变化量小，传统pid控制使系统保持稳定；在瞬态控制过程中，e≥10误差变化量大，模糊pi的自整定可以不断地监控参数的变化以及参数的实时反馈，使控制效果达到理想化。
本发明的有益效果在于，本发明采用模糊控制不需要依赖被控对象的精确数学模型，使其在控制状态中更加稳定，并且可以有效地抑制被控对象的非线性的情况；在控制过程中，模糊pi的自整定可以不断地监控参数的变化以及参数的实时反馈，使控制效果达到理想化。
附图说明
图1所示为本发明一种基于混合自调节模糊pid控制的直流电机调速方法示意图。
图2所示为本发明一种基于混合自调节模糊pid控制的直流电机调速方法具体流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
本发明提供了一种基于混合自调节模糊pid控制的直流电机调速方法。包括模型的建立及调速方法，模型的建立主要是建立混合自调模糊pid控制的模型。调速方法是首先对电机实际转速n与给定转速nr进行比较计算，得出最终偏差e以及偏差变化率ec，在模糊控制器中将上述两项偏差进行模糊化，将经过模糊化之后的e与ec交与模糊控制器开展推理工作，从而得到解模糊化后的kp1、ki1，适时调整pi控制器中参数，然后通过开关函数判别控制过程的瞬态、稳态情况，最后将控制结果输入到无刷直流电机中实现转速控制。达到控制电机转速的目的。
本发明一种混合自调模糊pid控制的直流无刷电机调速方法的模型示意图如图1所示，其具体的建模步骤如下所示：
step1：建立一个模糊控制器，定义所述模糊控制器的输入值及输出值的模糊子集；
step2：建立所述模糊子集的隶属度函数及模糊控制器的模糊控制模型；
step3：根据所述模糊子集的隶属度函数及模糊控制器的模糊控制模型，应用模糊合成推理得到pi控制参数的模糊矩阵表；
step4：采用重心法对所述模糊子集进行反模糊化，得到用于控制的清晰量。
step5：通过开关函数判定控制系统状态，用于瞬态、稳态控制过程分析。
如图2所示为本发明一种基于混合自调节模糊pid控制的直流电机调速方法具体工作流程图，下面结合模型建立的步骤对工作流程进行详细说明：
step1：建立一个模糊控制器，定义所述模糊控制器的输入值及输出值的模糊子集；
以转速偏差及偏差变化率作为所述模糊控制器的输入值，定义所述转速偏差和偏差变化率的模糊子集{nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb}，分别代表输入输出语言变量的模糊子集：负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，并将转速偏差和偏差变化率的模糊子集映射到论域[-6，6]上；
将所述模糊控制器的输出值分别作为传统pi控制器的比例、积分控制参数的修正值，定义所述模糊控制器输出值的模糊子集{nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb}，分别代表输入输出语言变量的模糊子集：负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，并将所述两个个模糊控制器输出值的模糊子集映射到论域[-10，10]上。
step2：建立所述模糊子集的隶属度函数及模糊控制器的模糊控制模型；
step3：根据所述模糊子集的隶属度函数及模糊控制器的模糊控制模型，应用模糊合成推理得到pi控制参数的模糊矩阵表；
pi控制参数的模糊矩阵表按下式计算得到：
kp＝kp1+kp0
ki＝ki1+ki0
其中，kp0、ki0是系统参数的预设值，kp1、ki1是模糊控制器的输出值，可根据被控对象的状态自动调整pi控制参数的取值。
控制品质的好坏主要取决于控制参数选择的合理性。根据经验，从系统的响应速度、稳定性、超调量、稳态精度、pid控制参数kp、ki及kd的作用等方面来考虑，对受控过程中对应不同偏差e和偏差变化率ec变化下，pi控制器参数kp，ki的自调整要满足如下调整原则；
(1)当误差e较大时，为尽快消除误差，提高响应速度，kp1取大值，ki1取较小值或零；误差e较小时，为继续消除误差，及防止超调过大而产生振荡，kp1值要减小，ki1取小值，在误差e很小时，为消除静差，避免系统在设定值附近产生振荡使系统尽快稳定，kp1值继续减小，ki1值不变或稍取大一点。
(2)当e与ec同号时，被控量向偏离给定值方向变化，应加强控制作用，使误差朝减小方向变化，应取较小ki1；当e与ec异号时，被控量向接近给定值方向变化，因此在误差e较大时，取较小的kp1值或零以加快控制的动态过程。
(3)ec越大，kp1取值越小，ki1取值越大。
step4：采用重心法对所述模糊子集进行反模糊化，得到用于控制的清晰量。
反模糊化就是将输出的语言变量转化为精确的数值，本发明的模糊控制器采用重心法对模糊子集反模糊化。以控制作用论域上的点对控制作用模糊子集隶属度函数为权系数进行加权平均求得反模糊化结果。
step5：通过开关函数判定控制系统状态，用于瞬态、稳态控制过程分析。
控制过程中引入开关函数，在稳态控制过程中，e＜10误差变化量小，传统pid控制使系统保持稳定；在瞬态控制过程中，e≥10误差变化量大，模糊pi的自整定可以不断地监控参数的变化以及参数的实时反馈，使控制效果达到理想化。
本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。