基于arduino的直流电机模糊PID控制

基于 arduino的直流电机模糊 PID控制

严金晶 郑梓萌 杜世民

安徽理工大学 安徽省淮南市 232000

摘要：一般直流电动机调速均采用典型的PID器调速，但由于其具有不自适应性，在调速参数变化时，不能保证电机在高速和变速的过程中的稳定性和高精度。现设计一基于arduino芯片为核心的具有自适应的模糊PID调速器，不仅运行简单，还能够改善直流电机在高速运转时的稳定性。

关键字：Arduino 模糊PID 直流电机调速

0引言

由于直流电机控制简单，效率高，所以在大多工业生产中应用广泛。但在直流电机调速中，由于参数改变，电机往往在高速运转中难以稳定，传统的PID控制也具有这个缺陷。本文设计一个基于Arduino的模糊PID直流电机调速系统，利用Arduino的多功能性，外加自适应模糊PID算法相结合，创建智能，数字化的系统来实现直流电机的高精度调速。

1.驱动电路

电机在工作时候的电压和电流远高于Arduino开发板的输入输出电流电压，因此驱动电路需要通过驱动芯片来控制。本次设计选择的驱动芯片为L298N双H桥驱动电路控制芯片单元。其中驱动控制芯片L298N的逻辑如下图所示，其功能逻辑通过两个端口输入共同实现。

图1-1 L298N功能逻辑图

本次设计选用的L298N的芯片引脚功能设置如下：OUT1-4端口设置接入步进电机或直流电机，5脚、7脚、10脚、12脚接入控制电平，对电机进行变速、正反转等功能的控制。而ENA和ENB分别控制电机的启停，作为控制芯片使能端来使用。其引脚分部如图1-2所示。

基金：大学生创新创业训练项目（批准号：S202010361117）

图1-2 控制芯片驱动电路引脚分布图

2.控制电路

基于上述原则和控制功能，结合Arduino开发板设计实现了具体的硬件电路，其设计图如图2-1所示，功能阐述如下：首先通过开发板测取电机数据到处理器中，通过提前编程的算法进行指定逻辑的分析处理过程，然后将信号返回到驱动电路上，驱动电路通过预置的控制逻辑实现相关功能。

图2-1 控制电路硬件设计图

3.模糊pid控制

基于上述控制逻辑和所要实现的功能目标设计模糊PID控制算法如图3-1所示。这种pid控制算法的主要特点是相比常规的pid控制算法，增设了一个模糊控制环节，通过电机额定转速与实际转速的转速差进行输入误差函数，将误差变化率引入pid控制环节进行控制，因此可以对pid的比例系数、积分系数和微分系数都进行修正，从而满足抗扰动的设计要求。

图3-1 模糊PID控制流程图

4.结束语

本研究设计的是一种以arduino为控制芯片的直流电动机调速系统，并加入了模糊PID控制，利用模糊控制原理对PID参数进行自调节。与传统的PID控制相比，模糊PID控制的优点更加明显，可以解决控制中的非线性和滞后性的问题，有较强的容错能力。

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