基于labview的直流电机模糊控制系统设计

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1、基于LabVIEW的直流电机模糊控制系统设计摘要：利用模糊控制算法实现了一个小型直流电机的转速控制系统。用LabVIEW的模糊控制器设计工具进行模糊控制器的设计，通过NI-PCI6251完成实时速度采集以及电机转速控制。实际运行表明该系统具有超调小，调节时间短以及振荡小的优点。关键字：LabVIEW；模糊控制；转速控制；数据采集卡模糊控制技术是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，最早出现于上个世纪60年代，在其后的几十年中迅速发展。目前模糊控制技术在控制领域的应用非常广泛。LabVIEW则是一种面向仪器测量控制的图形化的编程语言，配合数据采集卡或其他外部设备可以

2、非常方便的构成以计算机为核心的测量控制系统。直流电机的传统PID控制方法虽然可以很好的完成对电机转速的有效控制，但存在动态性能相对差，恢复时间长，超调量大以及参数整定困难等缺点。而于上个世纪60年代出现的模糊控制技术在某种程度上可以克服上述缺点。本设计利LabVIEW软件结合模糊控制算法，在NI公司的ELVIS实验平台上实现有刷直流电机转速的模糊控制系统。通过实际测试，模糊控制性能比较理想。1系统组成系统结构框图如图1。图1中：SP为速度给定值；PV为速度反馈值；e为速度偏差，为速度偏差变化率；K1、K2为比例因子。系统中直流电机的供电以及转速测量需要相应的外围硬件电路，其他部分通过软件编程由

3、计算机来实现。图1电机转速模糊控制系统结构框图系统硬件线路图如图2所示。使用光电隔离器来获取转速脉冲信号，通过数据采集卡送入计机。数据采集卡使用NI－PCI6251。PCI6251具有两路模拟输出口，2个计数器，16路模拟输入口。设计中使用其模拟输出口ao输出产生电机控制电压，由于6251的模拟输出口的输出电流不足以驱动直流电机，所以需要在ao口加一个电流放大电路；用计数器ctr0口来对光电传感器产生的转速信号进行测周，获得电机的实际转速。图2系统硬件接线图图3模糊控制器结构2模糊控制器设计模糊控制器由模糊化、规则库、模糊推理和去模糊化4个部分组成，如图3，各部分功能分别是：模糊化是将输入的精

4、确量转换为模糊量；规则库是一些根据专家经验或者其他方式获得的控制规则集；推理机制是解释和应用规则库中的专家经验实现最优控制；去模糊化是把模糊推理结论转换为精确量的输出。LabVIEW的控制工具包提供了模糊控制器图形化设计工具，其使用非常方便。该设计工具目前只支持四个语言变量输入以及一个语言变量输出，每个语言变量下面最多可以有9个子模糊集，而且只支持四种隶属度函数：三角型，梯型，S型和Z型，比Matlab控制工具箱提供的要少许多，但对一般的模糊控制器设计可以很好的满足要求。模糊推理方法选择典型的Mamdani（Max-Min）推理方法，去模糊化方法选择CoM（CenterofMaximum）方法

5、。模糊控制器设计完成后以.fc格式存储起来，以方便主程序调用。表1输入输出控制规则表E-4-3-2-101234-2000011344-1-2-1-1-1012440-4-3-2-1012341-4-3-2-1001022-4-4-3-2-100003参数优化和规则调整在实际运行模糊控制器之前需要研究控制器输入输出特性，对控制器进行优化。LabVIEW的模糊控制器设计工具包提供了这种功能。在I/OCharacteristic中可以观察给定输入情况下控制器应用的控制规则以及推理结果，根据经验判断该结果是否满足控制要求，如果不能，则对相应的隶属度函数的参数或控制规则做相应的修改，直至输出能满足期望

6、要求。图4程序框图4.软件设计LabVIEW是一种图形化程序设计语言，使得程序开发过程相对容易。程序框图部分如图7所示：需要说明的是：1)程序中使用了快速开发控件(ExpressControl)来完成周期测量以及直流电压输出。该控件是从LabVIEW7.0以后版本提供对数据采集卡的快速操作控件，使得程序开发变的更加容易。2)由于转速测量信号是由电机转轴上安装的一个突出叶片阻隔光电隔离传感器产生，电机每转一周信号变化一个周期，所以转速n（r/min）=60/T。3)Fuzzycontroller（模糊控制）节点的输入变量和相应输入变量名在程序中必须有相同的名称；LoadFuzzyControll

7、er节点载入前面的.fc文件，可以在LoadFuzzyController节点的输入控制中指出文件路径，也可以在程序运行时指定。4)程序中速度变化率用相邻两次实际速度采样值之差来替代，比例系数K2取1/500，由于采样时间相等，所以这种替代是可行的。5)由于控制器输出为电压增量输出，所以需要一个累加来确定最终的电机控制电压。程序中通过while循环的寄存器来实现电压增量的累加。6)电机实时转速和给