摘要：直流电机调速系统在工业领域的广泛应用使其控制策略成为研究热点，但一些因素导致传统控制方法调节能力受限。模糊控制不依赖精确数学模型，通过语言变量和推理机制处理不确定性，与 PLC 的高可靠性形成互补优势。基于此，以下对基于模糊控制算法的 PLC 直流电机调速系统进行了探讨，以供参考。关键词：模糊控制算法；PLC 直流电机；调速系统研究

引言

现代工业自动化对电机调速系统的响应速度和控制精度要求日益提高，传统 PID控制因参数固定难以适应非线性工况，而模糊控制算法通过模拟人类决策思维，可有效应对负载扰动和参数变化。PLC 作为工业控制核心，结合模糊控制实现直流电机调速，能够突破常规控制的局限性，在复杂工况下维持稳定运行。

1 模糊控制算法的基本原理

模糊控制算法的核心在于模拟人类思维中的模糊判断过程，通过建立输入输出的语言变量和模糊规则库来处理不确定性问题。与传统精确控制不同，它不需要建立精确的数学模型，而是将精确量转化为模糊量进行处理，输入变量如误差和误差变化率经过模糊化接口转换为隶属度函数所描述的模糊集合，这些集合对应"正大""负小"等自然语言描述。模糊推理机基于专家经验建立的规则库进行逻辑运算，每条规则采用"如果-那么"形式描述输入输出间的非线性关系，通过合成推理算法如 Mamdani 或Sugeno 型计算出模糊输出。解模糊环节则将模糊输出转化为精确控制量，常用重心法或最大隶属度法将分布转化为确定数值。整个过程具有处理非线性、时变系统的独特优势，在参数漂移或干扰存在时仍能保持稳定控制，特别适用于直流电机这类存在电磁特性非线性、负载扰动频繁的控制对象。

2PLC 的功能

2.1 逻辑控制功能特点

PLC 的逻辑控制功能通过扫描执行梯形图程序实现设备时序管理，其特有的循环扫描机制确保每个周期内完成输入采样、程序执行和输出刷新三个标准阶段，这种确定性的执行方式完全符合工业控制对可靠性的严苛要求。定时器和计数器功能模块可精确协调多设备动作时序，配合置位复位指令实现复杂的联锁保护逻辑，在电机启停控制中能有效防止误操作导致的设备冲突。布尔逻辑运算能力支持与、或、非等基本逻辑关系的任意组合，通过功能块封装可将重复使用的控制逻辑标准化，显著提高编程效率和维护便利性。事件触发功能允许特定条件下中断常规扫描流程，立即响应紧急停止等关键信号，这种分级处理机制兼顾了常规控制的效率和突发事件处理的实时性。

2.2 数据处理功能优势

PLC 的数据处理能力体现在模拟量转换、数学运算和数据存储三个维度，12 位以上的 ADC 模块将变送器信号转换为工程数值，配合比例缩放功能直接获取温度、压力等物理量的实际值。浮点运算指令支持三角函数、指数对数等高级运算，能实时计算电机调速所需的控制量参数，而 PID 功能块集成化实现简化了闭环控制算法实施。数据寄存器组提供临时与永久存储空间，配方功能可存储多组工艺参数并通过外部信号快速调用，适应产品换型需求。移位与循环指令高效处理打包线传感器阵列信号，配合比较指令实现质量分拣控制，而数据块传送功能则优化了大批量参数设置的效率。

2.3 通信功能的实现方式

现代PLC 的通信架构采用分层设计理念，底层通过RS485 接口搭载MODBUSRTU协议连接变频器等现场设备，接线简单且抗干扰能力强，适合电机集群控制场景。中层以太网端口支持 PROFINET、EtherCAT 等实时工业协议，实现与 HMI 和上位机的毫秒级数据交换，便于集中监控多台 PLC 的工作状态。无线通信模块通过 4G/WiFi 接入工厂物联网平台，使移动终端能远程获取设备报警信息，为预测性维护提供数据通道。OPCUA 网关功能将不同品牌设备数据标准化，解决信息孤岛问题，实现与 MES系统的无缝对接。安全通信层采用加密传输和身份验证机制，防止未授权访问导致的生产参数篡改，满足智能制造对信息安全的要求。

3 基于模糊控制算法的 PLC 调速系统设计

3.1 模糊控制器的设计与参数优化

模糊控制器设计需从输入输出变量定义、隶属度函数配置和规则库构建三个维度展开，针对直流电机调速特性选择转速误差和误差变化率作为输入变量，PWM 占空比调整量作为输出变量。输入变量的论域划分采用非均匀分布的三角形隶属函数，在误差接近零的区域设置较密的隶属度函数以提高稳态精度，而在大误差区采用较疏分布以增强快速响应能力。规则库设计融合专家经验和系统辨识结果，初期建立 49 条基本规则覆盖典型工况，再通过梯度下降法在线优化规则权重因子。解模糊策略选用重心法以获得平滑的控制输出，配合输出量化因子动态调整机制，在电机不同转速段自动匹配最佳控制灵敏度。

3.2PLC 程序设计与模糊算法的实现

PLC 程序架构采用功能模块化设计，将模糊算法分解为模糊化、规则推理和解模糊三个功能块独立编程，通过数据块共享中间变量。模糊化功能块使用查表法实现高速隶属度计算，预先将输入量对应的所有隶属度值存储在数据块中，运行时直接索引获取，这种空间换时间的策略解决了 PLC 浮点运算速度受限的问题。规则推理部分采用矩阵运算优化，将规则库转换为二维决策表，通过矩阵点乘和取小运算完成并行推理，相比传统逐条规则判断方式效率提升显著。解模糊环节实现重心法近似计算，将输出论域离散化为 100 个点进行加权平均，在保证精度的前提下避免复杂积分运算。中断服务程序处理编码器脉冲计数，每毫秒更新实际转速值确保控制实时性，而主循环程序以 10ms 周期执行完整模糊控制流程。

3.3 调速系统的整体架构与模块划分

系统采用分层分布式架构，设备层由直流电机、光电编码器和 H 桥驱动电路构成执行单元，编码器信号经高速计数模块接入PLC实现闭环反馈。控制层以PLC为核心，集成模糊算法模块、保护逻辑模块和通信接口模块，通过 PROFIBUS-DP 总线接收上位机设定的转速指令。人机交互层配备触摸屏显示实时转速曲线、电流波形和故障代码，支持参数在线修改和运行模式切换。安全保护模块独立于主控程序运行，直接硬件联锁过流、超温等危险信号，确保紧急情况下优先切断功率输出。电源管理单元采用隔离 DC/DC 模块为各子系统供电，消除共模干扰对控制信号的影响。

结束语

基于模糊控制算法和 PLC 的直流电机调速系统研究，通过智能决策替代传统刚性控制，显著提升了复杂工况下的动态响应能力。模糊推理与 PLC 程序的无缝集成，为工业自动化设备提供了高适应性解决方案，降低了参数整定难度。可结合神经网络优化隶属函数，进一步增强系统自学习能力。

参考文献

[1]黄道敏,张雪,彭军,曾思悦,张娜.基于 PID 的直流电机调速系统设计与仿真[J].水电站机电技术,2025,48(01):12-14.

[2]杨少远,彭邦煌,熊斌,方旭,颜爱平,毕文佳.基于模糊控制的直流电机调速控制算法研究[A]2023 中国汽车工程学会年会论文集（4）[C].中国汽车工程学会,机械工业出版社有限公司,2023:10.

[3]王岩.直流电机调速控制器设计[J].电子元器件与信息技术,2023,7(05):160-164.

[4]施云.基于模糊 PID 控制的直流电机控制算法仿真分析[J].电子制作,2022,(13):6-9.

[5]崔鹏.基于模糊控制算法的 PLC 直流电动机调速系统研究[J].电气应用,2021,34(16):126-131.

作者简介：朱鹏远，男（ 1982.06-⋅ ），汉族，籍贯 陕西省西安市，本科，讲师，研究方向：PLC 控制、智能检测与传感器、智能控制、实验室管理。