永磁同步直线电机模糊 pid 控制与仿真

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1、学兔兔www.xuetutu.com第1期(总第182期)机械工程与自动化No．12014年O2月MECHANICALENGINEERING&AUT()MATIONFeb．文章编号：1672-6413(2014)01-0161—03永磁同步直线电机模糊PID控制及仿真许道金，杨庆东，衣杰(北京信息科技大学机电工程学院，北京100192)摘要：针对永磁同步直线电机用传统的PID控制方法在变负载工况下难以达到满意效果的问题．建立永磁同步直线电机数学模型。设计模糊PID控制器来控制变负载工况下直线电机的速度；利用MATLAB对控制系统在负载变化的情况进行仿真。

2、仿真结果表明模糊PID控制效果明显优于传统的PID控制。关键词：永磁同步直线电机；PID控制；模糊PID控制；仿真中图分类号：TP391．9：TM341文献标识码：A0引言轴和q轴的电感；i和i。分别为d轴和q轴的电流；传统的数控机床进给方式多以伺服电机带动滚珠叫一(v／pr)x27c，P为直线电机的极对数，r为极距，V丝杠来完成，但随着人们对加工精度和效率要求的提为直线电机的线速度；和分别为直轴和交轴的高，传统的进给方式由于传动误差大、进给速度及加速磁链；，为永磁体磁链L1]。度低、机械噪声大、传动效率低等诸多问题已难以满足1．2直线电机电磁推力及运动

3、学方程人们的要求。直线电机进给代替丝杠进给消除了中间不考虑文波推力和端部效应等的影响下，直线电的传动环节带来的误差，极大地提高了系统的进给速机的电磁推力方程为：度和运动精度。但是电机和执行终端没有了中间的缓：筹一．(3)冲环节，使得负载的变化直接作用在电机上，这给电机的控制带来难度。传统的PID控制，由于比例、积分其中：K一表示电磁推力系数、，为一个定值。此和微分系数K，K及K的数值固定，在变负载、慢时，电磁推力F与q轴电流i。成正比。时变参数的情况下，需要人工干预去重新整定控制器直线电机的运动学方程为：的参数，这既降低了工作效率，又增加了成本，且效果=

4、==n+()+()+厂d．(z)+．厂()．(4)不佳。本文将传统的PID控制和模糊控制的优点结其中：／为电机的电磁推力；z，a分别为物理位移和加合到一起，设计开发了模糊PID控制器，并进行了试速度；(￡)为负载力；厂()为摩擦力；fd⋯()为验仿真，得到很好的结果。磁阻力；(￡)为其他干扰力；r／1为直线电机动子的总1直线电机的数学模型质量。摩擦力中对永磁同步直线电机控制系统影响最1．1直线电机的电压平衡方程大的力是动摩擦力和黏滞摩擦力[2]，厂()一N+取永磁体行波磁场的方向为d轴，而q轴顺着旋By(其中为动摩擦因数，N为正压力，B为阻尼)。转方向超

5、前d轴9O。电角度。因为由永磁体产生的磁2模糊PID控制器的设计电动势为常值，在次极上无阻尼绕组，所以，永磁同步2．1模糊控制器结构及其工作原理直线电机的d，q轴模型电压方程式分别为：参数自调节模糊PID控制器结构如图1所示。此二维模糊控制器采用了2个输入、3个输出，其中2Ud：==Rd+L警一L一R+～．(1)I，

6、，．1个输人为偏差和偏差的变化率l(即II)。利用『u‘I“q—Ri+L+叫Lia+cu一Rig+模糊控制规则输出修正量(AK，AK，及△K。，)实时对PID进行参数修正，以满足不同误差和误差变化率对訾+∞．(2)PID参数自调节的要求，从

7、而使被控对象具有更加良其中：R为直线电机动子的电阻；L和L分别为d好的动态特性和静态特性。in和Out分别为整个系统收稿日期：2013—05—20}修t,l订期：2013—06—11作者简介：许道金(1987一)．男，江苏徐州人，在读硕士研究，从事先进制造技术方面的研究。学兔兔www.xuetutu.com·l62·机械工程与自动化2014年第l期的输入和输出。最后，对输出变量进行去模糊化处理。经过前面的模糊推理后，模糊控制器输出的3个调整参数均为模糊量，所以必须要对其进行去模糊化，取得精确量以计算输入到PID控制器的3个参数K，K，K。图l参数自调节模

8、糊PID结构图由永磁同步直线电机的数学模型可建立速度控制结构图，如图2所示。图4输出的隶属函数图表l模糊规则表(AKp，rAK，。AKa)图2直线电机速度控制结构图fIejeIZSMB我们利用模糊规则整定PID三个参数的原则为：ZPBPBPSPSPBPSNSNSPSPBNBPS当系统偏差绝对值较大时：应取较大的K。和SPBPBZEPBPBZENSNSZEPBNSZE较小的K使系统响应加快。MPBPBZEPBPBZENSNEZEPBNSZE当系统偏差绝对值lel中等时：应取较小的K以BPSPBNSPSPSNSNSZENSPSNSNS及适当的K和K以使得系统

9、具有较小的超调量。利用重心法解模糊过程如图5所示。当系统偏差绝对值ll较小时：应