基于LabVIEW的直流电机模糊控制系统设计.doc

基于LabVIEW的直流电机模糊控制系统设计 本设计的主要目的是将LabVIEW软件与模糊控制算法相结合，设计一个小型直流电机的转速控制系统。该系统通过NI-PCI6251数据采集卡来实现实时速度采集和电机转速控制。 模糊控制技术是一种计算机数字控制技术，基于模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理。这种技术最早出现于上个世纪60年代，并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是一种面向仪器测量控制的图形化编程语言，配合数据采集卡或其他外部设备，可以非常方便地构成以计算机为核心的测量控制系统。该设计使用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。 系统组成 系统结构框图如图1所示。该系统由直流电机、数据采集卡、计算机和外围硬件电路组成。数据采集卡使用NI-PCI6251，具有两路模拟输出口、2个计数器、16路模拟输入口。 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所示。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。 设计中选择常用的2维模糊控制器，两个输入变量为速度误差e和速度误差变化率，一个输出变量为电压增量。实际设计中由于速度误差的变化率在给定速度突变时趋于无穷，所以取电机实际转速的变化率来代替。此外，为输入量模糊化的方便，分别给两个输入变量乘上合适的系数K1和K2。 根据实验数据，若控制电机转速在0-4000r/min的范围内，对于速度误差和输出电压增量分别在其论域上定义9个模糊集：｛NL（负极大），NB（负大），NM（负中），MS（负小），ZO（零），PS（正小），PM（正中），PB（正大｝。 系统优点 该系统具有超调小、调节时间短以及振荡小的优点。实验结果表明，该系统可以实现小型直流电机的转速控制，并且具有良好的控制性能。 结论 本设计成功地实现了小型直流电机的转速控制系统，该系统采用LabVIEW软件结合模糊控制算法，通过NI-PCI6251数据采集卡来实现实时速度采集和电机转速控制。该系统具有许多优点，如超调小、调节时间短以及振荡小，表明该系统可以满足实际应用的要求。