基于模糊控制的无刷直流电机的建模及仿真

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1、2011年第1期工业仪表与自动化装置·39·基于模糊控制的无刷直流电机的建模及仿真向平，梁筱(西北工业大学机电学院，西安710072)摘要:针对传统PID控制方法在对永磁无刷直流电机进行控制时的鲁棒性差，精度低等缺点，提出参数自整定模糊PID控制方法，即采用传统的PID控制与模糊控制相结合的新型控制方法。仿真结果表明，采用自适应模糊PID控制较常规PID控制具有更好的控制性能，超调量小，响应快，鲁棒性强等特点。关键词:无刷直流电机;MATLAB;模糊控制中图分类号:TM33文献标志码:A文章编号:1000－0682(2011)01－003

2、9－04ModelandsystemsimulationoftheBLDCMbasedonfuzzycontrolerXIANGPing，LIANGXiao(InstituteofElectromechanicalEngineering，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi'an710072，China)Abstract:Inthispaper，anewmethodbasedonfuzzyself－adaptingPIDcontrolispresentedwhichissuitableforBLDC

3、M．ThismethodovercomessomedefectsoftraditionalPIDcontrol．Resultofthesim-ulationexperimentshowthatfuzzyself－adaptingPIDcontrolcomparedwithnormalPIDiswithbettercontrolperformance，withoutover，fastinresponseandstronginrobustnessetc．Keywords:brushlessDCmotor;MATLAB;fuzzycontrol

4、0引言1无刷直流电机的数学模型无刷直流电动机(BLDCM)是在有刷直流电动无刷直流电机由定子三相绕组、永磁转子、逆变［1］［2］机的基础上发展起来的一种新型电机。无刷直器、转子磁极位置检测器等组成，其转子采用瓦流电机以其体积小，重量轻，效率高，惯量小和控制形磁钢，进行特殊的磁路设计可获得梯形波气隙磁精度高等优点，广泛应用于伺服控制、数控机床、机场，定子采用整距集中绕组，通过逆变器供给电流。器人等领域。随着BLDCM应用领域的推广，对系BLDCM气隙磁场感应的反电动势和相电流之间的统的动静态性能、鲁棒性、控制精度等要求越来越关系，如图1所示

5、。高。电机调速最常用的方法是双闭环PI控制，但是由于PI控制为线性控制，当参数变化时，PI控制器的参数不能随被控对象的变动作相应的调整，因此不能达到预期控制要求。模糊控制作为一种智能控制，最大的特点在于它不需要建立对象的数学模型，图1BLDCM波形图能够很好地克服系统中参数的变化和非线性等不确无刷直流电机的感应电动势(反电势)近似为定因素，运用模糊推理的方法，自动实现对PID参数梯形波，包含较多的高次谐波，同时BLDCM的电感的最佳调整。该文结合PID控制和模糊控制各自的是非线性的，所以dq变换理论并不适用，该文直接优势，提出自适应模糊P

6、ID，以期满足BLDCM控制利用电动机原有的相变量建立数学模型，以两相导系统的快速性、稳定性和鲁棒性的要求。通三相六状态为例分析BLDCM的数学模型，为便于分析做如下假定:1)三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子收稿日期:2010－07－16作者简介:向平(1963)，女，陕西西安人，硕士，副教授，研究方电流转子磁场分布均对称;向为生物医学工程理论和应用，自动检测技术，微机应用等。2)忽略齿槽、换相过程和电枢反应影响;·40·工业仪表与自动化装置2011年第1期23)电枢绕组在定子内表面连续均匀分布;转动惯量(kg·m);dω/dt为转

7、子机械角加速度24)磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。(rad/s)。根据上面的假设，无刷直流电机的定子三相绕2BLDCM系统仿真模型的建立组的电压动态方程可表示为:æUaöæR00öæiaöæLALABLACöæiaöæeaö2．1系统构成çU÷=ç0R0÷çi÷+çLLL÷Pçi÷+çe÷无刷直流电机控制系统的结构由3部分组成:çb÷çb÷çBABBC÷çb÷çb÷ç÷ç÷ç÷ç÷ç÷ç÷BLDCM电机本体、逆变器、控制器。根据模块化建èUcøè00RøèicøèLCALCBLCøèicøèecø模的思想，将控制系统分为各个功能独立的子

8、模块。(1)系统采用双闭环即速度环和电流环来进行控制。永式中:Ua，Ub，Uc为三相定子电压;磁无刷直流电机转速、电流双闭环控制系统的结构ea，eb，ec为三相定子反电动势;如图3所示。LAB