【摘 要】工业生产过程中的直流电机转速控制是一种非线性、时变的复杂过程，转速直接影响着工件质量。本文介绍了一种基于单片机的直流电机转速Fuzzy-PID复合控制系统，实验表明该系统在负载、模型参数的大范围变化以及非线性因素的影响下均能较好地满足稳定转速的要求。
　　【关键词】直流电机；单片机；模糊控制；Fuzzy-PID参数自整定
　　一、引言
　　通常，工业生产中对于直流电机转速控制的要求有调速、加速或减速、稳速三个方面。其中，前两个要求已能很好地实现，但工程应用中稳速指标却往往不能达到预期的效果，稳速即要求在生产过程中直流电机能以所需要的转速稳定运行，并具有良好的抗干扰能力。
　　稳速很难达到要求的原因在于数字直流调速装置中的PID调节器对被控对象及其负载参数变化适应能力差。模糊控制不要求被控对象的精确模型且适应性强，为了克服常规数字直流调速装置的缺点，可将模糊控制与PID调节器结合，形成fuzzy-PID复合控制方案，设计能在负载、模型参数的大范围变化以及非线性因素的影响下均可以满足控制稳定转速精度要求的直流电机控制器。
　　二、硬件设计
　　整个直流电机调速系统的硬件由电机控制模块、速度反馈模块、隔离保护模块、电机驱动模块、过流保护模块、串口通信模块几部分组成。速度反馈模块由安装在直流电机的输出轴上的增量式光电编码盘反馈电机的实际位置，它的输出直接联到LM629的A、B输入端，形成反馈环节。主控单元采用AT89S52单片机实现模糊控制以及与运动控制芯片LM629的数据传送，单片机通过LM629获得电机转速数据，并通过中值滤波得到实际转速V，之后经模糊运算得到的KP、KI、KD参数，再发送至LM629。电机驱动模块采用LMD18200实现受限单极性驱动方式。过流保护模块采用比较器LM339构成。系统采用RS232串口与PC机实现通信。
　　三、软件设计
　　（一）直流电机Fuzzy-PID控制器的设计
　　本控制系统采用Fuzzy-PID参数自整定控制，即在一般的PID控制系统的基础上，采用模糊推理思想，加上一个模糊推理环节。模糊推理环节是为了根据系统实时状态调节PID的参数而设置的。
　　由Fuzzy-PID参数自整定控制系统结构图可知，模糊控制器实际上是对PID调节参数进行修正，其输入语言变量为直流电机转速偏差绝对值│E│和直流电机转速偏差变化率绝对值│EC│，输出语言变量为KP、KI、KD三个参数。
　　用于在线自整定PID参数的模糊控制器是以误差和误差变化率为输入语言变量，以比例系数、积分系数和微分系数为输出语言变量的双输入三输出模糊控制器，其控制规则其控制规则就是对参数KP、KI、KD的调节规则。由此可建立模糊调节规则表，再通过模糊推理和模糊运算，计算得到KP、KI、KD参数的精确值，以此做为PID调节的整定值，从而实现Fuzzy-PID参数自整定控制的功能。
　　（二）控制系统AT89S52单片机程序实现
　　在本系统中单片机主要工作是对LM629的控制，其中包括LM629硬件软件启动、相关运动参数的设定，速度数据采集，实现模糊控制，并完成与上位机的数据通信。单片机程序采，其内部含有梯形速度发生器和数字PID调节器，极大地简化了位置伺服控制模块的软件设计。其PID控制算法可表示为：
　　为进一步提高控制精度，达到稳速的效果，对此算法进行改进后得到Fuzzy-PID参数自整定控制算法。即在PID算法的基础上，通过计算当前系统误差e和误差变化率△e，e、△e则构成此二维模糊控制器的输入量，再利用模糊规则进行模糊推理，实时计算进行PID参数调整，得到此时针对直流电机转速调节最适合的PID参数。
　　模糊隶属度函数的实现方式可以采用的点斜式存储方式实现。为了简化该程序设计，实验中将│E│和│EC│共设置为5种简单组合。
　　四、结论
　　通过实验，Fuzzy-PID参数自整定控制系统较好地实现了对直流电机转速的稳定控制。加上上位机监控平台的使用，使对该直流电机的转速控制更加方便快捷。当前，直流电机调速系统的控制方案层出不穷，并且控制效果也越来越好，自适应模糊控制及模糊神经网络控制等智能控制方式也是直流调速系统控制的重要手段。
　　参考文献：
　　[1] 陈梅，杨琳琳，许正荣.直流电机的模糊PID控制[J].自动化技术与应用，2008，02.
　　[2]纪友芳，林美娜.模糊PID复合智能控制参数自整定研究[J].微计算机应用，2007，08.
　　作者简介
　　陈科（1981- ），男，四川遂宁人，讲师，硕士，研究方向：工业自动化控制技术。