【正文】 ，由于其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。而實(shí)際工業(yè)控制過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到大滯后、時(shí)變、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)。其中，有的參數(shù)未知或緩慢變化，有的存在滯后和隨機(jī)干擾，有的無(wú)法獲得精確數(shù)學(xué)模型等，應(yīng)用傳統(tǒng)PI控制不能達(dá)到理想的控制效果。將模糊控制與PI控制理論有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，可構(gòu)造一類新型的智能控制系統(tǒng)，即模糊PI復(fù)合型控制系統(tǒng)。模糊控制與PI控制器兩者結(jié)合起來(lái)后，能揚(yáng)長(zhǎng)避短，既具有模糊控制靈活而適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有PI控制精度高的特點(diǎn)。因此模糊控制并不是簡(jiǎn)單的代替，而是拓展了經(jīng)典控制理論的控制。 模糊控制的基本原理 模糊控制主要特點(diǎn)模糊邏輯控制（簡(jiǎn)稱模糊控制）就是使計(jì)算機(jī)具有活性和智能的一種新穎的智能控制方法，它是建立在人工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。對(duì)于一個(gè)熟練的操作人員，它并非需要了解被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，而是憑借其豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策來(lái)巧妙地控制一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。若把操作員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)和描述，并用語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)，就是一種定性的、不精確的控制規(guī)則，再用模糊數(shù)學(xué)將其定量化就轉(zhuǎn)化為模糊控制算法，從而形成模糊控制理論[48]。短短十多年來(lái)模糊控制發(fā)展如此之快．這主要?dú)w結(jié)為模糊控制器的以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1) 無(wú)需知道被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)多輸入多輸出、時(shí)變及滯后等復(fù)雜系統(tǒng)都能進(jìn)行控制，它的實(shí)現(xiàn)主要依賴模糊規(guī)則庫(kù)。(2) 是一種反映人類智慧思維的智能控制。模糊控制采用人類思維中的模糊量，如“高”、 “中”、“低”、“大”和“小”等，使得控制機(jī)理和控制策略易于理解和接受，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)和推廣。(3) 由于控制規(guī)律可以不斷豐富和完善，加之克服了人類機(jī)體本身的不足，使得模糊控制器優(yōu)于熟練工人的手動(dòng)控制。(4) 構(gòu)造容易。用單片機(jī)等來(lái)構(gòu)造模糊控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)與一般的數(shù)字控制系統(tǒng)無(wú)異，模糊控制算法由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且隨著模糊控制系統(tǒng)軟硬件的發(fā)展，模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，成本也越來(lái)越低。(5) 魯棒性好。模糊控制系統(tǒng)無(wú)論被控對(duì)象是線性的還是非線性的，都能執(zhí)行有效的控制，具有良好的魯棒性和適應(yīng)性。 模糊控制系統(tǒng)組成模糊控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，是以模糊數(shù)學(xué)、用模糊語(yǔ)言表示的知識(shí)和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)的數(shù)字化控制系統(tǒng)[49]。 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由圖可知，模糊控制系統(tǒng)主要由輸入/輸出接口（包括A/D和D/A）、模糊控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、受控對(duì)象和檢測(cè)裝置等五個(gè)部分組成。系統(tǒng)的核心部分是模糊控制器，模糊控制器的控制規(guī)則由微處理器的程序?qū)崿F(xiàn)[50]。一般根據(jù)誤差信號(hào)E及其變化率EC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的控制。輸出信號(hào)需要進(jìn)行反模糊化處理后，得到精確的數(shù)字控制量，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，變?yōu)橄鄳?yīng)的模擬量后送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行控制。 模糊控制器原理模糊控制器(Fuzzy Controller)也稱為模糊邏輯控制器(Fuzzy Logic Controller)，是模糊控制系統(tǒng)的核心。一個(gè)模糊控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，主要取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu)、所采用的模糊規(guī)則、合成推理算法以及模糊決策的方法等因素[51]。 模糊控制器原理圖模糊控制器通常由模糊化接口、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和精確化（反模糊化）組成[51]。他們的作用如下：（1）模糊化測(cè)量輸入變量（設(shè)定輸入）和控制系統(tǒng)的輸出變量，并把它映射到一個(gè)相應(yīng)的論域范圍，然后將精確的輸入數(shù)據(jù)變成為適當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)言值或模糊集合的標(biāo)志符，本部分可以視為模糊集合的標(biāo)記。（2）知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)中包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識(shí)和要求的控制目標(biāo)。它通常由數(shù)據(jù)庫(kù)和模糊控制規(guī)則庫(kù)兩部分組成。其中數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存放所有輸入、輸出變量的全部模糊子集的隸屬度矢量值（即經(jīng)過(guò)論域等級(jí)離散化以后對(duì)應(yīng)值的集合），若論域?yàn)檫B續(xù)域，則為隸屬度函數(shù)。在規(guī)則推理的模糊關(guān)系方程求解過(guò)程中，向推理機(jī)提供數(shù)據(jù)。規(guī)則庫(kù)用來(lái)存放全部模糊規(guī)則，在推理時(shí)為推理機(jī)提供控制規(guī)則。語(yǔ)言變量的模糊子集劃分越細(xì)，規(guī)則條數(shù)就越多。若能夠保證專家知識(shí)的準(zhǔn)確度，那么，規(guī)則條數(shù)越多，規(guī)則庫(kù)的準(zhǔn)確度就越高[52]。（3）模糊推理模糊推理是模糊控制器的核心，它根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來(lái)求解模糊關(guān)系方程，并獲得模糊控制量。在模糊控制中，考慮到推理時(shí)間，通常采用運(yùn)算較簡(jiǎn)單的推理方法。最基本的有扎德近視推理，它包含有正向推理和逆向推理兩類，正向推理常用于模糊控制中，逆向推理一般用于知識(shí)工程學(xué)領(lǐng)域的專家系統(tǒng)中。（4）清晰化清晰化的作用是模糊推理得到的控制量（模糊量）變換為實(shí)際用于控制的清晰量。將推理機(jī)輸出的模糊控制量經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，求得一個(gè)精確的控制量輸出，即解模糊。通過(guò)上述分析，模糊控制器完成的工作可以概括為以下幾個(gè)部分：①采樣得到受控對(duì)象的輸出值，計(jì)算系統(tǒng)的輸入變量；②將輸入變量的精確值變?yōu)槟：浚茨：幚?；③根?jù)輸入變量的模糊量和模糊控制規(guī)則，經(jīng)模糊邏輯推理與決策后得到模糊控制輸出量；④由模糊控制輸出變量計(jì)算精確的控制量，即反模糊化處理。 模糊PI控制器設(shè)計(jì) 模糊控制器結(jié)構(gòu)的確定模糊控制器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量。通常將模糊控制器輸入變量的個(gè)數(shù)定義為模糊控制器的維數(shù)。本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用于傳統(tǒng)PI控制器的的模糊控制器采用已廣泛應(yīng)用的二維模糊控制器，一個(gè)輸入變量是電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速反饋值與給定轉(zhuǎn)速之間的誤差E，另一個(gè)輸入變量是轉(zhuǎn)速誤差的變化率EC，即單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速誤差的差值。輸出端設(shè)計(jì)為多輸出，由于模糊PI控制器是在傳統(tǒng)PI控制的基礎(chǔ)上加入了模糊控制，所以模糊控制只需要在傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)參數(shù)的基礎(chǔ)上稍作修正即可，故取傳統(tǒng)PI控制器的兩個(gè)參數(shù)P、I的修正、作為模糊控制器的輸出。 模糊化（1）變量變換模糊控制量的輸入信號(hào)（誤差E、誤差變化率EC）的實(shí)際范圍稱為變量的論域范圍。為了實(shí)現(xiàn)模糊控制器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，本文實(shí)際使用的處理方法是把誤差的變化范圍設(shè)定在[6，+6]區(qū)間的連續(xù)變化量，但由于實(shí)際系統(tǒng)工作的精確輸入量的變化范圍不在[6，+6]之間，于是需要將其映射到[6，+6]這一區(qū)間中，即將其變換到要求的論域范圍。變換的方法可以是線性的，也可以是非線性的。比如，當(dāng)實(shí)際的輸入量為，其變化范圍為[，]，若要求的論域?yàn)?[，]，采用線性變換，得到： ()其中，k為比例因子，（2）確定隸屬度函數(shù)先定義各個(gè)模糊變量的表達(dá)式，記輸入量電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差E、轉(zhuǎn)速誤差的變化率EC和輸出變量參數(shù)P、I的修正、它們的模糊子集分別為e、ec、和。設(shè)定輸入變量e、ec為{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，記為{NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}。本文中輸出變量、亦為{NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}選擇輸入量e，ec隸屬度函數(shù)為高斯型(gaussmf)，其中e的中間密以增加其穩(wěn)態(tài)精度；輸出、的隸屬度函數(shù)為三角形(trimf)。 輸入量e的隸屬度函數(shù) 輸入量ec的隸屬度函數(shù) 輸出的隸屬度函數(shù)波形 模糊控制規(guī)則的確定控制規(guī)則是按照人類思維推理的模糊規(guī)則，是在總結(jié)工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到的。根據(jù)應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)，、： 模糊規(guī)則表eceNBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB 模糊規(guī)則表eceNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNMNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSNMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPB 模糊推理模糊推理是設(shè)計(jì)模糊控制器的關(guān)鍵。對(duì)于本文所述兩輸入一輸出的模糊控制器，設(shè)模糊控制器的模糊輸入量為：x是and y是，根據(jù)模糊控制規(guī)則進(jìn)行近似推理，可以得出模糊輸出量z（用模糊集合表示）為： ()其中包括了三種主要的模糊邏輯運(yùn)算：and運(yùn)算，合成運(yùn)算 “。”，蘊(yùn)含運(yùn)算“”。and運(yùn)算通常采用取小或者代數(shù)積的方法；合成運(yùn)算 “?！背２捎米畲蟆钚』蛘叽鷶?shù)積的方法；蘊(yùn)含運(yùn)算“”通常采用求交或者求積的方法。 解模糊化通過(guò)模糊推理得到的結(jié)果是一個(gè)模糊集合。但在實(shí)際使用中，特別是在模糊控制中，必須要有一個(gè)確定的值才能去控制或驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在推理得到的模糊集合中取一個(gè)能最佳代表這個(gè)模糊推理結(jié)果可能性的精確值的過(guò)程就稱為解模糊化。根據(jù)解模糊化方法得到的輸出控制量的取值仍然在輸出值的基本論域[6，+6]之間，并不能直接作用到被控對(duì)象上，以實(shí)施對(duì)被控對(duì)象的作用。本文設(shè)計(jì)的模糊控制器最終輸出的計(jì)算公式如下所示： ()式中、為PI參數(shù)的初始設(shè)計(jì)值，可以根據(jù)傳統(tǒng)的PI控制器的參數(shù)整定方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。、為模糊控制器的兩個(gè)輸出，可以根據(jù)被控對(duì)象的狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整PI兩個(gè)控制參數(shù)的取值，分別為它們對(duì)應(yīng)的比例因子。 基于模糊PI控制的PMSM無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)仿真 模糊PI控制器的建立根據(jù)上面介紹的方法和步驟，在MATLAB仿真系統(tǒng)中建立模糊控制器，然后與傳統(tǒng)的PI控制器結(jié)合，構(gòu)成模糊PI控制器。首先，根據(jù)控制精度的要求，選取輸入變量e和ec的基本論域，本文分別選取[2，+2]和[10，+10]，根據(jù)模糊變量的基本論域[6，+6]對(duì)輸入進(jìn)行變量變化，同時(shí)其模糊變量的語(yǔ)言值均按上節(jié)中的介紹取以下集合：{NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}。模糊PI控制器的兩個(gè)個(gè)輸出量、的基本論域的選取可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行試湊后確定，這里位置環(huán)PI控制器選取的基本論域?yàn)閇，]，的基本論域?yàn)閇，]，其語(yǔ)言變量的取值跟輸入相同。而速度環(huán)PI控制器e和ec選取[100，+100]、[500，+500]，輸出變量、為[，]、[，]。其次，選擇各個(gè)模糊變量的隸屬度函數(shù)，設(shè)置隸屬度函數(shù)模糊推理的規(guī)則，即直接調(diào)用MATLAB軟件中的設(shè)置窗口進(jìn)行編輯。在MATLAB命令窗口執(zhí)行fuzzy命令即可打開(kāi)模糊推理系統(tǒng)的設(shè)置窗口，根據(jù)上面的分析分別輸入e、ec、的隸屬度函數(shù)和量化區(qū)間。最后，按照上節(jié)所述的模糊控制規(guī)則表編輯各輸出量與輸入量之間的模糊控制規(guī)則。并以If then的形式輸入模糊控制規(guī)則，共49條：1. If (e is NB) and (ec is NB) then (kp is PB) (ki is NB) (kd is PS) (1) 2. If (e is NB) and (ec is NM) then (kp is PB) (ki is NB) (kd is NS) (1) ……………………………………………………………………………48. If (e is PB) and (ec is PM) then (kp is NB) (ki is PB) (kd is PS) (1) 49. If (e is PB) and (ec is PB) then (kp is NB) (ki is PB) (kd is PB) (1)然后，可以生成模糊推理輸入輸出三維觀察圖形。、 與e、。 的輸出三維圖 的輸出三維圖最后，在MATLAB中，將模糊控制器和PI控制器連在一起，便構(gòu)成模糊PI控制器。 模糊PI控制模塊 控制系統(tǒng)仿真利用第三章所設(shè)計(jì)的PMSM控制系統(tǒng)模型，用上節(jié)所建模糊PI控制器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PI控制器，對(duì)系統(tǒng)重新進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如下： 定子電流iabc dq軸電流id、iq 電磁轉(zhuǎn)矩Te 實(shí)際轉(zhuǎn)速n、估計(jì)轉(zhuǎn)速n*對(duì)比第三章所對(duì)應(yīng)圖可以看出，采用模糊PI控制器后轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，系統(tǒng)魯棒性得到加強(qiáng)。在多變量、非線性、強(qiáng)耦合的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中采用模糊控制與PI控制相結(jié)合的控制器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)PI控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的矢量控制，很好地改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能和魯棒性。PI參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整極大程度上減少了工程實(shí)際中PI參數(shù)計(jì)算困難和調(diào)試周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)，且PI參數(shù)的自調(diào)整能很好地應(yīng)用于負(fù)載工況變化的場(chǎng)合。 本章小結(jié)本章首先詳細(xì)討論了模糊控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作原理，以及模糊PI控制器的基本設(shè)計(jì)步驟。接著在MATLAB中應(yīng)用第三章所用PMSM仿真模型，將其模糊控制器的設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)PI控制結(jié)合起來(lái)構(gòu)成模糊PI控制器，重新進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了模糊PI控制器的優(yōu)良性能。第5章 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以TI公司生產(chǎn)的TMS320F2808工業(yè)控制用DSP為核心控件。整個(gè)硬件電路可以分為三部分，包括三相不控整流、IGBT逆變電路等電路部分的主回路，由DSP控制芯片、IGBT觸發(fā)信號(hào)的隔離和驅(qū)動(dòng)電路等組成的控制電路，以及包括介于IGBT逆變電路和控制電路之間電流檢測(cè)、電壓反饋電路等外圍輔助電路。 系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器為作者所參與某無(wú)位置傳感器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)項(xiàng)目所設(shè)計(jì)特種電機(jī)