基于模糊PID的直流电动机闭环调速系统设计

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一、系统功能及特点

1、功能

（1）两种速度设定方式：模拟量旋钮给定和数字键盘输入给定；
（2）两种显示格式：脉冲数每周期和转每秒；
（3）系统具备手动启动，手动停止功能。

2、特点

（1）采用模糊逻辑，自动选择PID参数，来控制系统稳定；
（2）编程采用C语言和汇编语言混编的方法。

二、获取PID参数的模糊调整表

       首先说明的是，此处的模糊控制规律是我借鉴论文中的表述，以前人的经验为基础，见参考文献【1】。

1、模糊控制规律

（1）当偏差e较大时，应取较大的Kp和较小的Kd，且使Ki为0。 

（2）当偏差e中等大小时，应取较小的Kp，适当的Ki和Kd。 

（3）当偏差e较小时，应取较大的Kp和Ki，而且Kd的取值要恰当。 

2、输入量模糊化

（1） e的论域

{-3（负大-NB），-2（负中-NM），-1（负小-NS），0（零-ZO），1（正小-PS），2（正中-PM），3（正大-PB）}

（2）ec的论域

{-3（负大-NB），-2（负中-NM），-1（负小-NS），0（零-ZO），1（正小-PS），2（正中-PM），3（正大-PB）}

（3）Kp的论域

{-0.3（负大-NB），-0.2（负中-NM），-0.1（负小-NS），0（零-ZO），0.1（正小-PS），0.2（正中-PM），0.3（正大-PB）}

（4）Ki的论域

{-0.15（负大-NB），-0.1（负中-NM），-0.5（负小-NS），0（零-ZO），0.5（正小-PS），0.1（正中-PM），0.15（正大-PB）}

（5）Kd的论域

{-0.06（负大-NB），-0.04（负中-NM），-0.02（负小-NS），0（零-ZO），0.02（正小-PS），0.04（正中-PM），0.06（正大-PB）}

3、生成模糊规则表

     采用经验归纳法和推理合成法来建立模糊控制规则。

（1）∆K_P模糊规则表，K_P(k)=K_P0+∆K_P(k)

（2） ∆ K_ I 模糊规则表， K _I (k)=K_ I 0+∆K_ I (k)

（3）∆K_D模糊规则表，K_D (k)=K_D0+∆K_D(k)

4、解模糊—将模糊逻辑转化为查询表

      利用MATLAB进行加权平均法（重心法）转化计算，参考网址：如何利用matlab将模糊逻辑转化为查询表

（1）建立模糊逻辑

      打开MATLAB的fuzzy工具箱，结合上述关系建立模糊逻辑控制器，添加49条模糊控制规则。

 （2）  系统测试

  利用Simulink建立控制器模型，调用system test工具，进行系统测试。然后利用MATLAB一个工具，经过多次迭代，计算出需要的调整表。

（3）提取数据     

       得到的是一个多种参数数据的cell细胞组，需要对数据进行提取。笔者当时利用一个博客提供的方法提取不成功，就自己写了一个函数，在M文件编写程序，提取数据形成查询表，把参数提取在excel表中了。

MATLAB提取程序：

writefile='selectPID.xls';%写入文件夹名
dataout1=zeros(7,7);%最终数据输出
dataout2=zeros(7,7);%最终数据输出
dataout3=zeros(7,7);%最终数据输出
%sourcedata=test_data;
title1={'Kp参数的模糊调整表'};
title2={'Ki参数的模糊调整表'};
title3={'Kd参数的模糊调整表'};
varname={-3;-2;-1;0;1;2;3};
corname={-3;-2;-1;0;1;2;3};
xlswrite(writefile,title1,'E1:E1');
xlswrite(writefile,title2,'E11:E11');
xlswrite(writefile,title3,'E20:E20');

for i=2:8
    for j=2:8       
    dataout1(i-1,j-1)=mean(test_data.Kp{(j-1+(i-2)*7)});
    j=j+1;
    end
    i=i+1;
end
for i=2:8
    for j=2:8       
    dataout2(i-1,j-1)=mean(test_data.Ki{(j-1+(i-2)*7)});
    j=j+1;
    end
    i=i+1;
end
for i=2:8
    for j=2:8       
    dataout3(i-1,j-1)=mean(test_data.Kd{(j-1+(i-2)*7)});
    j=j+1;
    end
    i=i+1;
end
xlswrite(writefile,dataout1,'B3:H10');%将数据写入表格
xlswrite(writefile,dataout2,'B12:H19');%将数据写入表格
xlswrite(writefile,dataout3,'B21:H28');%将数据写入表格

参考文献：【1】宋晓宇，马斌，张波，基于单片机的模糊PID控制双闭环直流调速系统研究