模糊自适应PID控制器在无刷直流电机控制系统中的应用

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1、模糊自适应PID控制器在无刷直流电机控制系统中的应用孙佃升1白连平2（1.滨州学院自动化系，滨州，256601）（2.北京机械工业学院自动化系北京100085）摘要：无刷直流电机是一种多变量、非线性的控制系统，采用经典的PID控制难以达到满意的控制效果。本文将模糊自适应PID控制器应用于无刷直流电机的控制中，运用模糊控制原理对PID参数进行在线调整。实验结果表明，较之传统的PID控制，采用模糊自适应PID控制的无刷直流电机控制系统具有更好的动态和静态性能，达到了较好的控制效果。关键词：无刷直流电机；模糊PID；自适应控制；参数自整定TheApplicationofFuzzyAdaptive

2、PIDControllerforControlSystemofBLDCMSUNDian-sheng1BAILian-ping2(1.DepartmentofAutomatization,BinzhouCollege,Binzhou，256600,China)(2.DepartmentofAutomatization,BeijingInformationScience&TechnologyUniversity,Beijing,100085,China)ABSTRACT:AsbrushlessDCmotor(BLDCM)isamulti-variableandnon-linearsystem,

3、usingconventionalPIDcontrolcannotobtaionsatisfiedcontroleffect.ThispaperintroducetheapplicationoffuzzyadaptivePIDcontrollerforcontrolsystemofBLDCMandparametersself-tuningonlinebyemployingFuzzycontrolprinciple.Theexperimentsillustratethatexcellentstaticanddynamicperformancecomparedwiththeconvention

4、alPIDcontrol.KEYWORDS:BrushlessDCMotor(BLDCM);FuzzyPLD;adaptivecontrol;parameterself-tuning1引言无刷直流电机既有优良的调速性能，又克服了有刷直流电机机械换向带来的诸多问题，在各个领域获得了广泛的应用。但是，无刷直流电机的时变性、非线性、强耦合等特性导致了传统的PID控制难以满足控制系统的性能要求。传统的PID控制器的调节过程品质取决于PID控制器各个参数的整定情况，系统各个运行状态下始终采用同一套参数显然导致运行不良。本文在传统的PID8控制基础上采用模糊逻辑策略设计主控制器，运用模糊数学的基本理论

5、和方法，把规则的条件、操作用模糊集表示，并将这些模糊控制规则以及有关信息作为知识存入控制系统知识库中，然后控制系统根据控制对象的实际响应情况运用模糊推理，自动实现对PID参数的最佳调整。2BLDCM的数学模型以下以两相导通星形三相六状态为例，分析BLDCM的数学模型及电磁转矩等特性。考虑理想情况：1.三相绕组完全对称，且在定子内表面均匀连续分布；2.气隙磁场为方波，定子电流、转子磁场分布对称；3.磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗；4.忽略电枢反应、齿槽及换向的影响。则三相绕组电压平衡方程式可表示为：（1）式中，，为定子绕组相电压；，，为定子绕组相电流；，，为定子绕组相电动势；为每相绕组自感；

6、为每相绕组间的互感；为微分算子，；由于三相绕组星形连接没有中线，则有++=0。（2）定子绕组产生的电磁转矩为：（3）运动方程为：（4）式中为电磁转矩；为负载转矩；为阻尼系数；为电机机械转速；为电机转动惯量。由式（3）可见，BLDCM的电磁转矩公式与普通直流电动机相似，其电磁转矩大小与磁通和电流幅值成正比，所以控制逆变器输出方波电流幅值即可控制电磁转矩。为使电磁转矩恒定，要求方波电流和梯形波反电势同步，且二者的波顶为120°电角度。3基于模糊自适应PID控制器的无刷直流电机控制系统设计3.1系统整体结构本控制系统的8硬件部分主要由蓄电池及逆变电路、开关管驱动和保护电路、电源电路、系统控制单元

7、及其外围电路、电流及电压信号检测电路等几部分组成。本设计采用了三相桥式逆变电路作为功率主电路，采用蓄电池供电；控制单元采用Motorola公司的DSP56F803；无刷直流电机电枢绕组Y接，3相8极；开关管选用富士公司的IGBT，型号为1MBH60-100；IGBT的驱动保护模块采用了EXB841。图1为蓄电池组、功率逆变电路以及无刷直流电机的电路连接图。电枢绕组Y接，功率逆变电路采用电压型三相全桥逆变电路。图1蓄电池电