基于电梯控制系统的模糊PID控制
摘 要：电梯的使用越来越广泛，但是也存在一定的问题。当电梯运行遇到干扰，比如：人数增加、重量增加或减少都会影响电梯的速度。针对电梯的速度控制问题，采用了模糊PID控制方法。首先，根据电梯的运动多变、多过程的特点，设计了自适应模糊PID控制器；其次，该控制器通过误差、误差变化率的反馈确定PID的参数；然后，建立电梯控制系统的模型，采用MATLAB的SIMULINK对该控制系统进行了仿真。
关键词：模糊PID控制；MATLAB仿真；电梯控制系统模型
引言
電梯发明以后，电梯电气控制技术逐渐受到了人们的重视。电梯电气控制系统其本质上就是电梯电气控制技术，也是人们研究的核心。这一控制技术具有复杂性、综合性、难控制性的特点，其主要技术包括传感器技术、控制器技术以及调速方法等诸多的技术[1，2]。电梯的电气控制主要是针对各种指令信号、位置信号、速度信号和安全信号进行管理，使电梯正常运行或处于保护状态，发出各种显示信号。
1电梯的概述
电梯是机电一体化的机器，它能够正常运作是由于它的电气部分、控制部分、机械部分各个结构能够相互配合，协同作用。电气部分的组成包括：逻辑控制系统、电力拖动系统、安全保护等；机械部分包括：曳引系统、平衡系统、机械安全等。电力拖动系统是电梯中把控速度的控制系统。主要组成部分是供电系统、调速装置、曳引电动机等。供电系统顾名思义就是为电梯供电装置。调速装置是对曳引电动机的速度进行控制的。电气控制系统是电梯的逻辑控制部分，它是由控制装置、平层装置、位置显示装置等构成。控制装置顾名思义就是控制电梯的运行，它根据电梯实际运行的逻辑要求安设在控制柜上。
2模糊PID控制方法
模糊控制是以模糊集理论为理论基础，结合专家知识并将其转换为模糊化的语言，综合模糊逻辑推理和模糊决策来实现复杂系统控制的一种智能控制算法，在自动控制领域中将模糊数学理论应用其中即称为模糊控制[3]。模糊PID控制系统主要由两部分组成，分别是模糊控制系统以及与其串联组成的PID控制系统。
3控制系统建模与仿真
3.1控制系统建模
1、基于稳态的永磁同步电动机
变频器与电机组成的调速系统数学模型比较复杂，为方便实验论文将同步电机传递函数近似为以下函数[4]：
2、变频器仿真模型建立
将变频器的传递函数处理为一个惯性环节[5，6]。如下传递函数为控制电压 与输出电压 之间的：
3、电梯控制系统模型
根据分析，可建立电梯速度仿真模型。由模型和变频器、电机模型结合，就可以构成电梯速度控制系统的仿真模型。电梯控制系统的传递函数可近似如下：
3.2控制系统设计
在Simulink的的环境下进行仿真。建立的阶跃响应的传递函数为 ，仿真模型图如下图所示：
3.3 模糊PID控制算法仿真
在阶跃信号的作用，两种控制器仿真采取相同采样时间0.1s，仿真时间也相同为10s，计算控制器的参数。经计算 、 、 ，两种算法的仿真结果图如下图所示：
通过仿真结果发现模糊PID控制系统超调量小，达到稳定的时间较短。模糊PID控制方法可以根据变化对系统进行调整，以便系统能够较好适应参数变化。对比PID控制系统来说模糊PID的响应时间短，超调量小，抗干扰能力强，误差较小。对于比较复杂的非线性时变系统，模糊PID控制系统是很好的选择。该系统有较好的稳定性、适应性和鲁棒性，在遇到干扰的情况下能通过自身调整来恢复到稳态。
4总结
本文运用模糊PID控制策略，最终在Matlab上进行了对比仿真，结果证明模糊PID复合控制策略的控制效果更加稳定，且效果好。通过对电梯的实际问题进行了分析，提出了模糊PID控制策略的解决方案，可以用在电梯上。但是在实际的生活中还存在一些不可控的实际因素，在模拟的环境下基本都处于比较理想的状态，所以在今后的研究中还需更多的结合实际。
参考文献
[1]杨玉杰.基于PLC的模糊PID电梯控制系统研究[D].天津大学.2013.
[2]李士林.从电梯招标市场谈如何扶持国产品牌发展[J].机电信息.2007（14）：29-31.
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[5] 吴繁红.西门子S7-1200PLC结构化编程特点及应用[J].电子世界.2017（10）：27.
[6] Cheng Q M，Cheng Y M，Wang Y F.et al.Overview of control strategies for AC motor[J].Power System Protection and Control.2011，39（9）：145-154.
