3、输出比例因子自调整的自适应模糊控制
p; 本文设计了一种在线比例因子自调整模糊控制器，如图3 所示，它是在主模糊控制器的基础上CONTROL ENGINEERING China版权所有，引入一个辅助模糊推理，在控制过程中根据误差和误差变化的大小及关系，产生一个控制量来实时修改比例因子Ku，从而改善控制器的控制性能。
比例因子Ku调整量α与误差E和误差变化EC的关系可以表示为：
α(K)=f[E(K)，EC(K)] (1)
式中f为E和EC的非线性函数，α的值完全取决于系统的瞬时状态，而与被控对象模型无关。这种基于比例因子的自调整方法实际是一种独立于模型的非线性的可变增益控制器。
(1) 主模糊控制器输入输出变量的定义
; 主模糊控制器以误差E和误差变化EC为输入，以控制量的变化值U为输出。
误差、误差变化和输出的语言值模糊子集为{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}7个状态，模糊论域范围都为[-1，1]。
(2) 辅助模糊控制器输入输出变量的定义
辅助模糊控制器以误差E和误差变化EC为输入，以Ku的校正量α为输出。修正后的比例因子:Ku＝α×Ku。
误差、误差变化的语言值模糊子集与主模糊控制器一样控制工程网版权所有，α的语言值模糊子集为{ZE，VS，S，SB，MB，B，VB}，它的基本论域范围为[0，1]。辅助模糊控制器输出量α的模糊控制规则见附表。
为保证模糊控制器的输出响应具有较小的超调和较短的上升时间，当误差E较大，且与误差变化EC符号相反时，应适当减小控制器比例因子的大小。当误差E较大，且与误差变化EC符号相同时，系统响应正加速偏离设定值，为减小这种不利趋势，应增大比例因子。
当系统响应在给定值附近时(此时误差E 较小)，为防止产生较大的超调或欠调，比例因子应该具有较宽的的变化范围。比如当系统响应刚达到设定值，但又具有迅速向上偏离的趋势时，应抑制其变化，适当增大α以减小超调。同样地，当系统响应刚达到设定值而欠调时，应适当减小α以减小超调。
图3 参数自调整模糊控制器结构图
附表 辅助模糊推理控制规则表
4、仿真研究与结论
图4(a)Ku过小的仿真曲线
图4(b)Ku过大的仿真曲线
图5(a) 传统的PI控制仿真曲线
图5(b) 自调整模糊控制仿真曲线
(1) 比例因子对系统性能影响的仿真分析
直流电机的参数为:Un＝220V，In ＝15A，额定转速＝1000min。假设给定转速为1000r/min，图4(a)为Ku过大时的曲线，图4(b)为Ku过小时的曲线。仿真曲线的横轴表示时间(s)，纵轴中的n表示转速(r/min)，Ui*是ACR的输入(数字量，1024对应于15A)。
从仿真中可以看出，Ku过小时，系统上升速率过小，系统的过渡时间加长;Ku过大时，系统上升速率增大，导致系统产生超调。
(2) 参数自调整模糊控制的控制效果
抗扰性能指标包括动态降落△Cmax％和恢复时间tv。假设在0.5s的时候，给一个电流为10A的负载。图5(a)为传统的PI控制，图5(b)为参数自调整模糊控制。
从仿真中可以看出，传统的PI控制器有振荡，在负载扰动下转速降落为40r/min，恢复时间是0.2s;而自调整模糊控制器的转速降落为12r/min，恢复时间是0.043s，具有较强的干扰抑制能力。
综上所述，基于参数自调整的自适应模糊控制器具有强鲁棒性，响应快速，无静差性等优点，传统的PI控制性能不如自适应模糊控制。因此，对于高性能直流PWM调速系统，采用这种参数模糊自调整控制器将是一个非常好的选择。
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