基于模糊自整定PID的直流电机调速系统研究

基于模糊自整定 PID的直流电机调速系统研究

左炳科

阳春新钢铁有限责任公司 529600

摘要：在工业控制中，采用异步电动机和直流电机作为电力拖曳设备，根据不同情况的需要，电动机应具有更好的速度调整性能。 在本文中，我们首先介绍了直流电机的基本速度调制方法，并基于其电气结构的特点提出了几种一般的控制速度调制方法。 建立了一个开环控制模型，并分析了其电学性质和机械性能的优劣。

1 前言

本文首先根据无刷直流电动机的转速调节系统提出总体设计方案，并根据其总体设计方案和无刷直流电机自身特点设计了无刷直流电动机的智能旋转速度调节无刷直流电动机控制器，与无刷直流电流调整器一起构成双闭环控制系统，最终实现了旋转速度的智能化调节，并最终达到调节转速的最好效果。

2直流电机的概念和意义

直流马达（bruslessdcmotor，bldcm）本身具有简单的机体结构、良好的动力机械传动性能和优秀的马达速度调节传动功率和稳定传动性能，因此具有大型电动汽车、航空航天飞行、伺服传动控制、广泛应用于工业机器人等各种大型工业应用场所。 由于新型的bldcm系统具有诸如强非线性之间的强线性组合等基本特征，因此基于这种传统的lpid自动控制的新的bldcm自动速度调节控制系统在实际运行中能够高速线性调整的运行时间长有多余的干扰防止能力低等复杂的问题。 为了有效提高各种bldcm的新速度调整系统的成本控制和运行性能，模糊自动和f/pid的速度调节控制广泛应用于各种bldcm的新型速度调整系统的技术研究和系统设计。 根据其bldcm自动速度调整系统的实际动态响应速度状况，模糊控制是通过对传统的速度调整pid自动调速器的控制参数的自动在线动态调整来实现的因此实现了几乎人人都满意的自动调速系统的特征。 首先，使用新的神经元函数控制和运动标度控制这两种方法，自动设计基于神经元变体结构的速度pid运动控制器，然后使用神经元函数自动调整神经元变型器结构中pid运动控制器的基本参数。并将其实际应用发展到abbldcm的各种速度调节运动控制系统的设计研究和系统设计中，获得了更好的速度调节控制应用效果。 在调查了相关学术文献的相关研究成果后，本文先后对控制算法的一些优点分别进行了一些改进。首先，采用在线神经元速度调节控制和运动比率控制两种技术，重新设计了一种新型的在线神经元控制pid速度控制控制器。这些还消除了可以直接改变系统结构的几个控制环，并且利用模糊控制设备的技术应用，实现了用于控制皮d速度控制设备的运动确定数的神经元的实时在线自动调节控制功能最后，它广泛应用于诸如dbldcm的速度调节控制系统和旋转速度控制稳压器的系统设计。 以模糊运动神经的cpid结构为模拟基础的mabldcmid速度调制控制系统结构在模拟环境中综合建模和模拟。 根据研究结果的分析，所有者提供的abbldcm自动速度控制系统和旋转速度控制调整器的整体设计的构思可以可靠地获得旋转速度控制运动效果。

3直流电机及其速度调整方式

直流电动机根据电磁感应的法则和电磁力的法则，实现机械功率和直流能量的转换。 直流马达的主要特征是优秀的启动、调整、制动等。 发动机启动转矩大，可以在较小的范围内平滑地调整速度，确保经济可靠。 这些与三相异步电动机相比，成本相对较高，占地面积较大，机械设计修理制造和维护作业难度较大。还有，整流电源配置等需要缺陷吗？还是说在实际的工业生产中，如果对整流式启动和调速性能的要求比较大，仍然在我国有几个地位。例如，火力发电厂的锅炉供水系统、矿井上卷机、大型飞机工作机及电气机车以及城市的无轨电车，都是用直流电动机牵引的。 由此可见，直流马达在工业农业生产中起着重要的作用。

根据电机学直流马达的基本理论，马达的旋转速度如下所示。

n=(U−IR)/(CeΦ)

式中n——转速(r/min);

U——电枢电压(V);

I——电枢电流(A);

R——电枢回路总电阻(Ω);

Φ——励磁磁通(Wb);

Ce——电机的常数,由其结构决定。从上面的公式可以知道三个基本的直流电动机的速度调节方法。改变驱动机械核心中枢的交流电压，改变驱动机械控制中心中枢的主磁通量，直接改变控制机械中心中枢的各控制电路的总交流电阻。 改变汽车的机械传动中枢的工作电压的话可以自动调节。 这种连续平滑速度控制技术实际上可以直接用于实现连续均匀和平滑的汽车速度，但是电枢电压可以由电子设备控制。

现在常用的方法有两种。一种是使用结晶栅极管将交流能量调整为直流电能，控制量是结晶栅极管的移相触发角。 在实现时，栅极管的触发角和输出电压不是正关系。 在控制理论的建模中，晶体栅极管环简化为一阶惯性环，并且便于使用经典的控制理论进行系统分析和校正。 根据电子的分析，三相全控整流桥的输出电压由U=2.34U2cos决定，触发角的范围为0-90，这在实际控制时需要处理触发角，将前一级的输出量比例地缩小到触发区间包括将输出量转换为正相关量。 通过在工业控制中求余角的方式实现这一点。

改变主磁通量的速度，也称为弱磁速度。 弱磁的自动速度调节能用汽车实现平滑式的自动速度，但是那个自动速度的适用范围不太大。一般是手动方式的速度调节和组合。如果是额定的最高旋转速度以上的话，直接最小速度范围内的弱磁速度会自动加速。另外，根据铁磁性物质的磁化特性是非线性的。控制中度效应是非线性环，实际处理需要线性化。 在进行传输系统的模拟控制的情况下，该控制对象是电动机的励磁电流。

修正了旋转控制器调整马达中枢电路整体的电阻。 该速度调节技术仅实现一个级别的速度调整，不能在大范围内平滑地调整速度。 装置的操作虽然简单，但是通过串行电阻，马达的机械特性会变软。

综合以上3种速度调节方法的特征，电机子电路串联电阻的缺陷较多，应用范围不广，仅在吊车、电梯、电气机车等对速度调节性能要求低的情况下才能使用。 由于弱磁调速的调速幅度范围不广，与调压的组合较多，所以在额定的旋转速度以上进行了小幅的升速。 对于要求在规定范围内进行无级平滑自动调整的控制系统来说，调整控制用的电动机的输出电压通常最实用。

4开环系统中存在的问题

上述开环系统存在问题的主要是静差太大，即机械特性太软。 也就是说，增加一定的负荷扭矩，旋转速度大幅下降。根据马达装置的不同，要求负荷变化时，旋转速度不能发生很大变化。 另外，在图1-2中，在起动中电流变大变小，最后达到稳定值，与稳定时的电流值对应的电磁转矩对应于负荷转矩，最后电动机电流稳定在20A左右，但在电流上升中电流的最大值达到600A以上。 启动时间很短，但是这个时期会产生很大的焦耳热。 同时产生巨大的电磁力，还可以使电枢中的绕组扭曲变形。

5结语

如上所述，未来无关，有各种智能自动调整装置在刷直流调速电动机的传动速度系统应用中的设计今后，我们对积极从事无刷直流调速马达传动速度系统智能自动调整及技术相关研究工作的专家学者们提供了新的帮助和技术参考。通过本次学术论文，我们将进一步努力开拓与将来无关的刷直流电动机的实用应用领域。

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