基于模糊自适应PI算法的直流电机控制系统
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第 33 卷第 4 期 2018 年 8 月
·信号与信息处理·
光电技术应用
ELECTRO-OPTIC TECHNOLOGY APPLICATION
Vol.33，No.4
August，2018
基于模糊自适应 PI 算法的直流电机控制系统
张志伟 1，李永强 1，何大龙 2
（1.中国电子科技集团公司光电研究院，天津 300308；2.航空工业第一飞机设计研究院，西安 710089）
摘 要：直流电机具有调速范围大、启动转矩大和易于启停等优点，特别适合用在调速要求高的场合。传统 PI 算法直流调速
控制在负载变化情况下需要调整参数，难以自适应。针对此问题，设计了一种模糊自适应 PI 控制器，该控制器通过对误差及误差
变化的识别进行模糊推理，实现对控制参数的在线整定，以达到优化控制的目的；同时，利用 Matlab 对实验数据进行了拟合。结
果表明，模糊 PI 控制算法比传源自 PI 控制算法能有效地改善系统的动态性能和稳态性能。
关键词：模糊控制；PI 控制算法；双闭环控制；PWM 控制
中图分类号：TM76
文献标识码：A
文章编号：1673-1255（2018）-04-0040-05
DC Motor Control System Based on Fuzzy Adaptive PI Algorithm
Key words: fuzzy control; proportional-integral (PI) control algorithm; double closed-loop control; pulse width modulation (PWM) control
速度伺服是伺服控制系统的重要组成部分，在 机载设备和工业控制领域有着极其广泛的应用。 直流电机具有运行效率高、无励磁损耗及调速性能 好等优点，特别适合用在调速要求高的伺服系统。 但是，在机载设备伺服系统中存在诸如执行轴上的 摩擦、电机齿槽效应及负载变化范围大等非线性因 素，这就使对其控制变得十分复杂。常规 PI 控制策
第4期
张志伟等：基于模糊自适应 PI 算法的直流电机控制系统
41
1 模糊 PI 控制系统设计
1.1 模糊控制原理
则表，进而得到针对比例系数、积分系数两个参数 分别整定的模糊控制表，速度环模糊 PI 控制器结构 框图如图 3 所示。
模糊控制（fuzzy control）是以模糊集理论、模糊 语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制 方法，它从行为上模仿人的模糊推理和决策过程。 该方法首先将操作人员或专家经验编成模糊规则， 然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后 的信号作为模糊规则的输入，完成模糊推理，将推 理后得到的输出量加到执行器上。模糊控制的基 本原理框图如图 1 所示。
模糊控制器
给定值 + -
A/D
计算 控制 变量
模糊 量化 处理
模糊 控制 规则
模糊 决策
清晰 化处
理
D/A
Abstract: Direct current (DC) motor has the advantages of large range speed regulation, large starting torque and easy to stop, especially suitable for high speed regulation requirements. Under the condition of load change, tra⁃ ditional proportional-integral (PI) algorithm DC speed regulation control needs to adjust the parameters, which is dif⁃ ficult to be adaptive. Aiming at this problem, a fuzzy adaptive PI controller is designed, which can perform fuzzy rea⁃ soning by identifying errors and error changes to realize the online control parameters setting and the optimal con⁃ trol. At the same time, Matlab is used to fit experimental data, the results show that the fuzzy PI control algorithm can much more effectively improve system dynamic and steady-state performances than the traditional PI control al⁃ gorithm.
ZHANG Zhi-wei1, LI Yong-qiang1, HE Da-long2
(1. Academy of Opto-Electronics, China Electronic Technology Group Corporation (AOE CETC), Tianjin 300308, China; 2. The First Aircraft Design Research Institute of Airplane Industry, Xi’an 710089, China)
略的参数不能随电机运转状况的不同变化而变化， 因此，不能获得满意的控制性能。提出了一种基于 模糊自适应 PI 控制，它将模糊控制和 PI 控制有效的 结合，根据模糊控制规则可以在线调整 PI 控制参 数，提高了电机的动态性能和稳态性能，为直流电 机控制提供了一种新的思路。
收稿日期：2018-06-07 作者简介：张志伟（1985-），男，河南省焦作市人，工学硕士，工程师，研究方向为光电工程；李永强（1985-），男，河北唐山人，工学硕士，工程师， 研究方向为光电工程.
·信号与信息处理·
光电技术应用
ELECTRO-OPTIC TECHNOLOGY APPLICATION
Vol.33，No.4
August，2018
基于模糊自适应 PI 算法的直流电机控制系统
张志伟 1，李永强 1，何大龙 2
（1.中国电子科技集团公司光电研究院，天津 300308；2.航空工业第一飞机设计研究院，西安 710089）
摘 要：直流电机具有调速范围大、启动转矩大和易于启停等优点，特别适合用在调速要求高的场合。传统 PI 算法直流调速
控制在负载变化情况下需要调整参数，难以自适应。针对此问题，设计了一种模糊自适应 PI 控制器，该控制器通过对误差及误差
变化的识别进行模糊推理，实现对控制参数的在线整定，以达到优化控制的目的；同时，利用 Matlab 对实验数据进行了拟合。结
果表明，模糊 PI 控制算法比传源自 PI 控制算法能有效地改善系统的动态性能和稳态性能。
关键词：模糊控制；PI 控制算法；双闭环控制；PWM 控制
中图分类号：TM76
文献标识码：A
文章编号：1673-1255（2018）-04-0040-05
DC Motor Control System Based on Fuzzy Adaptive PI Algorithm
Key words: fuzzy control; proportional-integral (PI) control algorithm; double closed-loop control; pulse width modulation (PWM) control
速度伺服是伺服控制系统的重要组成部分，在 机载设备和工业控制领域有着极其广泛的应用。 直流电机具有运行效率高、无励磁损耗及调速性能 好等优点，特别适合用在调速要求高的伺服系统。 但是，在机载设备伺服系统中存在诸如执行轴上的 摩擦、电机齿槽效应及负载变化范围大等非线性因 素，这就使对其控制变得十分复杂。常规 PI 控制策
第4期
张志伟等：基于模糊自适应 PI 算法的直流电机控制系统
41
1 模糊 PI 控制系统设计
1.1 模糊控制原理
则表，进而得到针对比例系数、积分系数两个参数 分别整定的模糊控制表，速度环模糊 PI 控制器结构 框图如图 3 所示。
模糊控制（fuzzy control）是以模糊集理论、模糊 语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制 方法，它从行为上模仿人的模糊推理和决策过程。 该方法首先将操作人员或专家经验编成模糊规则， 然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后 的信号作为模糊规则的输入，完成模糊推理，将推 理后得到的输出量加到执行器上。模糊控制的基 本原理框图如图 1 所示。
模糊控制器
给定值 + -
A/D
计算 控制 变量
模糊 量化 处理
模糊 控制 规则
模糊 决策
清晰 化处
理
D/A
Abstract: Direct current (DC) motor has the advantages of large range speed regulation, large starting torque and easy to stop, especially suitable for high speed regulation requirements. Under the condition of load change, tra⁃ ditional proportional-integral (PI) algorithm DC speed regulation control needs to adjust the parameters, which is dif⁃ ficult to be adaptive. Aiming at this problem, a fuzzy adaptive PI controller is designed, which can perform fuzzy rea⁃ soning by identifying errors and error changes to realize the online control parameters setting and the optimal con⁃ trol. At the same time, Matlab is used to fit experimental data, the results show that the fuzzy PI control algorithm can much more effectively improve system dynamic and steady-state performances than the traditional PI control al⁃ gorithm.
ZHANG Zhi-wei1, LI Yong-qiang1, HE Da-long2
(1. Academy of Opto-Electronics, China Electronic Technology Group Corporation (AOE CETC), Tianjin 300308, China; 2. The First Aircraft Design Research Institute of Airplane Industry, Xi’an 710089, China)
略的参数不能随电机运转状况的不同变化而变化， 因此，不能获得满意的控制性能。提出了一种基于 模糊自适应 PI 控制，它将模糊控制和 PI 控制有效的 结合，根据模糊控制规则可以在线调整 PI 控制参 数，提高了电机的动态性能和稳态性能，为直流电 机控制提供了一种新的思路。
收稿日期：2018-06-07 作者简介：张志伟（1985-），男，河南省焦作市人，工学硕士，工程师，研究方向为光电工程；李永强（1985-），男，河北唐山人，工学硕士，工程师， 研究方向为光电工程.