无刷直流电机自适应模糊pid控制系统

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1、(与开发DOI：10．3969／j．issn．1009-9492．2013．02．007无刷直流电机自适应模糊PID控制系统王国玲，李振宇。，范自道(1．集美大学信息工程学院，福建厦门361021；2．集美大学轮机工程学院，福建厦门361021)摘要：针对无刷直流电机传统PID控制存在精度低、抗干扰能力差及模糊控制稳态精度不高等问题，研究_『一种tq适应模糊PID控制方法。论文分析了直流无刷电机的1-作原理，建立r直流无刷电机自适应模糊PID控制系统的计算机仿真数学模型，设计了系统速度环的模糊PID控制器，仿真结果表明，与传统PID控制相枷一～

2、比，一～自适一～应模一糊PI一D控一～制的一BL～一DCM一～系统一～具行更高的稳定性和控制精度、更快的动态响应速度。关键词：模糊PID控制器；无刷直流电动机；系统仿真．中图分类号：TM33文献标识码：A文章编号：1009—9492f2013102—0030—04呱，

3、一=茎一n～一一㈨O前言属于线性控制方式】。BLDCM的调速模型复杂，无刷直流电机(BLDCM)采用电子式换向以此来确定PID控制参数难以实现。与PID控制器，保持了直流电机优越的起动和调速性能，不相比，模糊控制具有良好的鲁棒性和控制性能，存在机械式换向器和电刷所带来的接触问题，

4、属对于非线性复杂对象的控制更胜一筹，但由于没于静态电机，具有空载电流小、控制精度高、性有积分环节，控制系统存在控制肓区，故稳态精能可靠、永无磨损、故障率低等诸多优点-一。同度较差。模糊控制PID控制是一种不依赖于被控时，BLDCM为方波励磁，提高了永磁材料的利用对象数学模型的控制方式，它用语言变量来描述率，从而减小了电机体积，增大了电机出力，效系统特征，并根据系统的动态信息和模糊控制规率高‘。因此，BLDCM被广泛应用于医疗器械、则进行推理以获得合适的控制量，具有较强的鲁仪器仪表、化工、轻纺、家电和航空航天等国防棒性。与国民经济的各个领域。然而

5、如何在调速控制方本文针对BLDCM传统PID控制存在精度低、面进一步提高BLDCM的精度与稳定性也成为近年抗干扰能力差及模糊控制稳态精度不高等问题，来研究的重点。研究了一种自适应模糊整定PID控制方法。分析PID控制以结构简单、稳定性好、工作可了直流无刷电机的工作原理，建立了直流无刷电靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一，机自适应模糊PID控制系统的计算机仿真数学模其控制参数依赖于被控对象模型，且严格整定，型，设计了系统速度环的模糊PID控制器，仿真福建省教育厅科技项目(编号：JA12201)；集美大学科研基金(编号：ZQ2O12O12)。

6、收稿日期：。一。。一r____—____r—¨I—f—-王国玲等：无刷直流电机自适应模糊PID控制系统研结果表明，与传统PID控制相比，自适应模糊PID控制的BLDCM系统具有更高的稳定性和控制精度、更快的动态响应速度。1BLDCM系统的工作原理图2BLDCM双闭环系统控制策略BLDCM属于机电一体化产品，其基本结构由电机本体、电子换相电路电流的大小。本文BLDCM控制系统采用电流内及位置传感器三者组成，如图1所示。其中电子环、转速外环的双闭环控制策略，如图2所示。换相电路包括控制器、驱动电路及逆变器部分。在BLDCM调速系统中，转速环可削弱负

7、载变化对系统性能的影响，抑制转速变化。传统PID控制器无法根据被控对象参量变化做出相应的调速，鲁棒性往往无法令人满意，而模糊控制器虽然具有能适应被控对象非线性和时变性的优点，鲁棒性较好，但由于缺少积分控制作用，不能消除系统的静差，稳态控制精度较差，控制欠细腻，难以达到较高的控制精度。故本文BLDCM控L．-『垫璺些一制系统中的转速调节器采用自适应模糊PID控制图1BLDCM系统基本结构器，其结构如图3所示。其中孙分别为速度误本文针对全桥逆变器，采用上桥臂PWM控差信号和误差变化信号；Ak。、、Ak分别为PID三个参数、k。、kd模糊推理产生的模

8、糊集论制、下桥臂恒通的工作方式。建立的BLDCM运动域幅值；k、k、k、：、分别为航、‰．、Ak方程分别为：△。、△模糊集论域幅值与实际论域幅值的比值。U=Ri+￡旦+E(1)=KIa(2)速度凋器-I．1模糊摊理I△△^一=-，(3)IkI。IIkkk其中，J、R、厶、、E、、、．，、分别为绕线电感、绕线电阻、定子相电流、给定电压、；=1额定励磁下电机反电动势、电磁转矩、转矩系图3自适应模糊PID控制器结构数、电机转动惯量、负载转矩。由式(1)一(3)可以得到BLDCM传递函数为：自适应模糊PID控制器是以‰和‰作为输!二2：厶+尺人，利用模

9、糊控制规则在线对、，、进行修I(s1⋯一(4)改，以满足不同。和‰．对控制参数的不同要求，2BLDCM自适应模糊PID控制系统仿真模从而使得BLDCM