基于FPGA技术的模糊PID控制器在直流电机实时速度控制中的应用完.doc

编号： 毕业设计(论文)外文翻译 （译文） 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 梁永 学 号： 0800120122 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 黄知超 职 称： 副教授 2012年 5月 20 日 基于FPGA技术的模糊PID控制器在直流电机实时速度控制中的应用 摘要 智能控制系统的设计已经成为一个极具研究兴趣的领域。设计此类控制系统的有效方法的发展，无疑需要人工智能中的多种思想的综合。如今工业领域最常用的控制器是比例—积分—微分（PID）控制器。对于PID控制器而言，模糊逻辑控制器（FLC）是又一个可选的控制方法，尤其是当前系统模型不精确或不确定时。同时，数字技术的进步也给设计者们提供了新选择，一种基于并行编程的现场可编程门阵列（FPGA）的执行控制器。这种方法与经典的微处理器相比有很多的优势。在本文中，我们实现了一个基于Xilinx FPGA的实时模糊PID控制器的模型，介绍的是在负载改变时保持电机的速度恒定。作为复杂系统模型的一个例子，本模型把电机当作随负载变化的二阶系统。为了比较，我们将应用广泛的“PID和模糊”控制器用相同的FPGA芯片来实现，以此来检测我们提出的系统的性能。在速度和负载变化的情况下，这些控制器经过Matlab/Simulink程序的测试，模糊PID控制器展示出了在这一条件下驱动电机实习工作的优势。 关键字：直流电机，模糊逻辑控制，PID控制器，实时，FPGA 引言 由于良好的速度控制性能，直流电机已经广泛应用于工业中，尽管它的维护成本比感应电动机高。电流电机的调速范围大，所以能又容易又好的控制。目前，由于PID控制器的简明性、稳定性和健壮性，使之成为应用最为广泛的一种控制器。然而，当装置的模型是复杂的或者装置上负载的环境变化时，PID控制器就难以设计了。对直流电机而言，诸如未知的负载特性和参数变化等因素会严重影响速度控制器的控制效果。模糊控制器不需要装置的数学模型。它依靠装置操作者的经验，很容易使用。模糊逻辑已经在大量的控制应用中成功使用。作为最常用的控制器，PID控制器需要系统的数学模型。在那些难以建立数学模型的系统中， 模糊逻辑控制器是继PID控制器之外又一个很好的工具。模糊逻辑控制器的控制方式可以用简单的规则表达为“如果—就”。在参数变化的线性或者非线性系统中，模糊逻辑控制器依然表现得很强健。为了创造更多的产品，控制器的硬件实现可以用多种方法完成。实现模糊控制器的最流行的方法是用多功能微处理器或者微控制器。在多功能计算机上用软件程序实现这些系统是较为简单和常用的方法，但是这些方法不能作为合适的解决方案。高密度的可编程逻辑器件诸如现场可编程逻辑门阵列（FPGA）可在单片IC上集成大量逻辑单元。在近期，FPGA是数字集成电路市场中增长最快的部分之一。数字技术的飞速发展控制器的可编程逻辑器件()、门阵列(FPGA)等。FPGA快速控制器任何类型的数字功能。应用包括工业电机驱动实时系统、数字信号处理、计算机硬件仿真其他的。设计和具体实现实时模糊控制器速度控制直流电机负荷变化作为一个应用程序FPGA。本文分为六个部分。第三章着重模糊第四节涉及FPGA和VHDL的软件技术及其图2显示的电枢包含。惯性矩的转子阻尼(摩擦)的机械系统电动势常数表1 直流电机参数输入是电枢电压V测量变量轴的旋转角速度。矩T与电枢电流 （1） 电动势(emf)Vb,角速度 （2） 从图2我们可以结合牛顿定律基尔霍夫定律写出下列方程: （3） （4） 利用拉普拉斯变换,方程(3)及(4)可以写成: （5） （6） 从(6)(s): （7） （8） 该方程在图3框图。从图3框图,不难发现传递函数从电压V(s)、角速度? (9) 图3直流电机 （10） 3.模糊逻辑 模糊逻辑(FL)控制问题模仿一个人,只不过快多。简单的规则 “X和Y，那么Z”方法控制问题,而不是系统数学模型模