1.3 模糊PID控制研究背景和意义

PID控制发展较早，经过多年的研究开发，技术较为成熟，在工业生产控制中被广泛应用，是一种稳定性很强的控制方式，也是目前为止最为通用的控制方式。传统的PID控制系统有着很多优点，例如结构简单，操控性好但又不复杂，而且控制工作效率也很高，误差也很少，精确度高稳态无静差，能够很好的完成许多的工业工作要求。但控制系统的日益复杂化，被控过程的非线形、高阶次、时变性及随机干扰等因数的影响，使得传统的PID控制器有些力不从心，在越发复杂的参数整定调整下，会引起性能欠佳等许多的不良结果，难以有效的工作。于是如何改善传统PID控制器的工作性能就是很重要的问题了，模糊控制的提出便很好的解决了传统PID的许多缺点，将模糊控制引入PID控制器而形成的模糊PID控制器不仅适应性很强，而且也不需要被控对象有非常精确的数学模型，克服了交流调速系统中模型和环境参数的变化，大大地提升了调速的效率。越来越多的模糊PID控制器正被不断的研发投入到工业控制中。

计算机技术的飞速发展为工业自动化控制带来了极大的便利，在电机调速方面，也越来越依赖计算机自动化的控制，工作人员通过编辑程序代码将一些指令存入计算机中，通过计算机对实际工作环境的检测，来自动调整PID的参数，从而形成的一种PID控制器的新模式，这种PID控制器被称为专家PID控制器。这是一种将工作人员的经验通过计算机与传统的PID控制器相结合从而对调速系统进行精确的操控。虽然这种控制器的精准度很高，但所相应的对参数的要求也固然高于其他控制方法，它需要即为准确的被控对象数学模型作为基础，而且工作经验并不容易简单的描述出来，这也往往导致控制信号和参数的各种不精确现象发生，这些都很限制专家PID控制器的作用，以至于专家PID并不能被工业控制工作通用。

所以要有效的解决这些受限因素，就得依靠模糊控制理论。模糊控制理论就是通过把一些工作的规则条件和操作进行整合，用一种模糊集合来表示，然后将这些模糊集合输入至计算机中的知识库，然后让智能化的计算机系统根据实际的工作环境和条件自主的进行模糊推理，使其自动的调整PID控制器并达到最佳的工作状态，这种方法即是模糊PID自适应控制法。这种自适应的控制法是目前较为先进的控制法，是原先传统PID控制的一种升级版，保留了原有的操作简单可靠，同时也大大提升了精确度和灵活性，最主要的是能够自主根据环境变化而变化，缩减了操作人员的工作量，提升了工作效率，其工作原理是通过模糊推理将PID的参数 、 和 进行在线自整定。通过MATLAB对所设计的模糊PID自适应控制系统进行仿真，从而测试之前在计算机中所设置的模糊规则以及参数，并对其进行调整修改，即可极大程度上的提高系统设计的准确度，方便之后的工作，提升效率。

1.4 主要研究内容及安排

本文主要是研究交流电动机的矢量控制系统。然后在此基础上采用了MATLAB/SUMLINK中内含的功能元器件, 建立各元件并搭建，建立出交流电机的仿真模型，通过调试参数并仿真，证明了矢量控制技术对交流电机的调速有着重要作用，且能使系统效率更高，然后在仿真模型的基础上加入模糊PID，与普通的交流电机进行对比，验证所建立的模糊PID自适应电机仿真模型动态和稳态性能都得到提高，而且具有很好的鲁棒性。这篇论文总共分为八个章节：第一章节介绍了交流电机的发展趋势以及本次课题的研究意义；第二章节则简单介绍了所用的仿真软件MATLAB/SIMULINK工具箱；第三章节则阐述了矢量控制异步电机的一些原理；第四章节介绍了坐标变换原理并建立了α-β坐标系下的电机模型；第五章是介绍了电机模型经过仿真最终所得的一些波形图像以及分析；第六章介绍了自适应模糊PID的原理；第七章为加入的模糊PID控制系统后，仿真模拟电机，并对比分析图像波形；最后一部分则是心得总结。