直流无刷电机的模糊PI速度控制_张会林

基于模糊优化的PID直流无刷电机控制摘要：PID直流无刷电机与其他电机不同，具备小体积、高效率、性能佳、结构简易等特性，在汽车、航天、机械等领域较为常规件，为发挥其作用价值，应以模糊优化为基础对其进行控制。

本文在综述无刷直流电机和模糊优化的基础上，继而直接提出基于模糊优化，PID直流无刷电机的仿真设计，最后指明几点控制策略，以供参考。

关键词：模糊优化；PID直流无刷电机；控制要点引言：随着电子电气技术的不断发展和稀土等永磁材料的广泛应用，无刷直流电机控制已成为近年来的研究热点之一。

无刷直流电机是一个非线性、多变量、强耦合的系统。

传统PID控制策略的参数不能根据不同的电机环境而改变，这使得PID控制器不能提供良好的控制性能。

PID控制器的性能完全取决于对其增益参数的调节，随时代发展，人们提出运用人工智能控制PID控制器。

模糊PID控制是模糊控制和PID控制的有效结合。

PID控制参数可在线设置，提高控制精度，达到更好的控制效果。

一、直流无刷电机与模糊优化的概述(1)无刷直流电机具有体积小、转矩大、效率高、节能环保、使用寿命长等优点，广泛应用于工业设备、医疗设备和新型工业设备。

无刷直流电机的速度控制系统通常采用传统的PID控制，传统的PID控制器对参数非常敏感。

只有当控制器参数适合受控系统时，才能实现最佳性能。

无刷直流电机是一个多变量非线性系统。

如果系统状态发生变化，传统PID调速系统中的PID设置也会发生变化。

因此，传统PID控制器动态性能差，可能导致电机速度响应慢，控制精度低，难以保证良好的调速效果。

(2)模糊控制的概念最早由L.A提出，国际合作良好。

该算法是一种基于模糊集理论、模糊语言变量理论和模糊逻辑思想的智能控制算法。

模糊控制不需要精确的数学模型，可以方便有效地解决系统的非线性问题，从而提高控制系统的稳定性和灵活性，具有良好的控制效果。

基于无刷直流电机控制系统，提出一种在MATLAB-Simulink环境下的模糊PID控制方案，以替代传统的PID控制器[1]。

模糊PID控制在直流无刷电机控制系统中的应用管于球（中南大学信息科学与工程学院控制工程系，长沙410075）摘要：本文根据直流无刷电机控制系统是多变量、时变和非线性等的复杂系统的特点以及简单PID控制性能的缺点，提出了改进方案，电机控制系统的速度环采用参数自整定模糊PID控制，建立了仿真模型。

将该控制方案的仿真结果与简单PID 控制的仿真结果相比较可得，模糊PID控制在抗负载扰动能力和启动转速超调方面具有明显的优越性，有效地满足了用户对直流无刷电机控制系统高性能的要求。

关键词：直流无刷电机，矢量控制，空间矢量脉宽调制，PID控制，模糊控制中图分类号：TK52 文献标识码：AAbstract: For not only the problem that the brushless direct current motor control system is a complex system with multi-variable, time-variability and non-linear, but also the shortcomings of simple PID control performance, the essay proposes an improved program. Parameter self-tuning fuzzy-PID control method is used for the speed loop of the motor control system, and the results are researched and analyzed deeply. Compared with the simulation result of this control program and that of simple PID, Parameter self-tuning fuzzy-PID control has strong ability of anti-load disturbance and provides small location overshoot, basically satisfying the high performance requirement of brushless direct current motor.KEY WORDS：BLDCM, vector control, SVPWM, PID control, fuzzy-control1 引言随着经济的快速发展，人们对汽车的需求不断增加，但是由于能源和环境问题，从而赋予电动汽车广阔的发展空间。

基于无刷直流电动机调速系统的混合模糊PID控制0 引言无刷直流电动机(BLDCM)结构简单、运行可靠、没有火花、电磁噪声低，广泛应用于航空航天、机器人、交通、煤矿自动化和工业自动化等领域。

传统的调速系统为PID模拟控制系统，结构简单，但是其控制要想达到很好的控制效果必须调整好P、I、D三者之间的关系，但是这种关系又不是简单的线性关系，而模糊控制具有很强的非线性映射功能，可是简单实用的模糊控制器又难以达到较高的控制精度。

若要综合两种优势，则需要将模糊控制与PID控制结合在一起，本文在模糊控制与PID控制相结合的智能控制方法基础上，增加一个模糊变积分环节，控制器的输出为两分量之和，这样既能保留经典控制器的特性，又能增加模糊控制器快速响应的特点，完善了传统的PID控制。

仿真实验表明，这种方法具有比单纯的模糊PID方法更好的动、静态性能，并提高了系统的鲁棒性，系统取得了较好的控制效果。

1 无刷直流电动机的数学模型定子绕组产生的电磁转矩为由式(2)可以看出，BLDCM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的幅值即可控制电磁转矩。

为产生恒定电磁转矩，要求定子电流为方波，反电动势为梯形波，且在每半个周期内，方波电流的持续时间为120°电角度，两者应严格同步。

运动方程为式中：Te为电磁转矩;TL为负载转矩;B阻尼系数;ω为电机机械转速：J电机的转动惯量。

2 控制方法设计2.1 模糊PI智能控制方案传统BLDCM调速系统应用的是单纯的PID控制器，其动态抗扰性能较差，故文献进一步改进了PID控制器，在速度环中将模糊控制器和PID控制器复合控制，成为二维模糊控制，构成新型调速控制系统，这种控制器的优点是综合了PID和模糊控制的优点，并且控制智能化，但是这种结构的缺点就是存在着切换“毛刺”。

1983年W.L.Bialkowski提出了混合型模糊PID控制器：在二维模糊控制器的基础上叠加常规积分控制器，将模糊控制器的输出与积分控制器的输出相叠加作为混合型控制器的总输出，此种控制器的优点是可以消除极限环振荡，也可消除误差，但是不足是积分控制器的参数相对固定，不能满足自适应调节，为了取得更好的控制效果，可将控制器改进，结构如图1。

基于模糊PI控制的无刷直流电机调速系统
王霞;朱景伟
【期刊名称】《电气传动》
【年(卷),期】2014(044)001
【摘要】传统无刷直流电机调速系统中的PI调节器要求对控制器参数进行严格整定,但当系统参数变化时,PI控制器的参数不能随之调整.针对这个问题,提出一种可以自整定参数的模糊PI控制方法,详细讨论了无刷直流电机的模糊PI控制原理,并设计了以dsPIC30F4011为核心的无刷直流电动机模糊PI转速控制系统.实验结果表明,基于dsPIC30F4011的无刷直流电动机模糊PI控制系统能实现平滑连续调速.【总页数】5页(P63-67)
【作者】王霞;朱景伟
【作者单位】大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连116026;大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连116026
【正文语种】中文
【中图分类】TM306
【相关文献】
1.基于模糊PI控制的无刷直流电机转速阶跃响应 [J], 张亚楠;徐向波;张俊梅
2.基于改进模糊PI控制的无位置传感器无刷直流电机调速研究 [J], 付光杰;赵子明
3.基于DSP2812的无刷直流电机模糊PI控制 [J], 裴家祥;刘兴奎
4.基于模糊PI控制的无刷直流电机调速系统仿真 [J], 王凌;刘卫国
5.基于带重叠换相的模糊PI控制系统对无刷直流电机转矩脉动的影响 [J], 温嘉斌;孙祖光;汪奇;杨斌
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基于模糊控制算法的无刷直流电机转速控制优化研究无刷直流电机是一种采用电子换相器而不是传统的机械换相器进行换相的电机，在诸多领域中被广泛应用。

由于无刷直流电机具有高效率、高转矩密度以及良好的响应特性等优点，因此对其转速控制进行优化研究具有重要的意义。

本研究旨在基于模糊控制算法对无刷直流电机的转速控制进行优化，以提高电机系统响应速度、稳定性和精度。

本文将从模糊控制算法的原理和模糊控制器的设计入手，分析其在无刷直流电机转速控制中的应用，并提出相应的优化策略。

首先，我们将介绍模糊控制算法的基本概念和原理。

模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制技术，其主要特点是对不确定性和模糊性的处理能力较强。

我们将详细阐述模糊控制的基本思想、模糊集合和模糊规则，并探讨模糊控制器的结构和工作原理。

其次，我们将讨论无刷直流电机的转速控制问题及其现有的控制方法。

传统的PID控制是最常用的无刷直流电机转速控制方法之一，但其在非线性和参数不确定的情况下往往表现出较差的性能。

因此，我们将引入模糊控制算法来优化电机的转速控制，以提高系统的性能。

针对无刷直流电机的模糊控制优化问题，我们将提出以下几个关键步骤。

首先，建立无刷直流电机的数学模型以及转速控制系统的数学描述。

其次，设计模糊控制器的输入变量和输出变量，并确定模糊化和解模糊化的方法。

然后，根据实际控制需求和性能指标，选择适当的模糊规则库和规则推理方法。

最后，通过仿真和实验验证，评估模糊控制算法在无刷直流电机转速控制中的性能差异。

在优化研究中，我们将关注以下几个方面。

首先，通过调整模糊控制器的参数，优化控制系统的响应速度和稳定性。

其次，通过引入模糊自适应算法，提高系统对负载和参数变化的鲁棒性。

最后，通过优化控制策略，减小系统的超调量和调节时间，提高控制的精度和效果。

为了验证研究的有效性和可行性，我们将进行一系列的仿真实验和实际测试。

在仿真实验中，我们将建立无刷直流电机转速控制的仿真模型，并利用MATLAB/Simulink等工具进行模拟分析。

无刷直流电机速度的模糊控制方法一、引言随着电力电子技术、微电子技术、控制理论以及永磁材料的快速发展，无刷直流电机（BLDG）得以迅速推广。

当BLDC调速系统用于要求调速性能、控制精度较高的场合时（如机器人、航天航空、精密电子、仪器设备等地方），BLDC的快速性、稳定性以及鲁棒性是衡量其性能优劣的重要指标。

传统的BLDC调速系统常采用PI控制，它算法简单，参数调整方便，有一定的控制精度。

但PI控制本质是一种线性控制，需要控制系统的精确数学模型，而BLDC 是一个多变量、强藕合、非线性、时变的复杂系统，当系统负载或参数发生变化时，PI控制将难以达到设计的预期效果。

在BLDC这类高度非线性的系统中，采用智能控制方法则是极有前景的，它具有提高系统快速性、稳定性和鲁棒性的潜力。

模糊控制是智能控制中最常用的方法之一，它不依赖于控制系统的数学模型，对系统参数的变化不敏感，具有快速性及鲁棒性强的特点，因此很适合BLDC控制系统的要求。

目前，BLDC速度的模糊控制已得到较多研究，各种模糊控制策略的应用散见于各类BLDC文献，而应用较多的模糊控制策略主要有：基于简单模糊控制器的速度控制方法，基于模糊-PI复合控制器的速度控制方法，基于模糊PID（PI）控制器的速度控制方法，基于自适应、自组织、自学习模糊控制器的速度控制方法，以及基于集成及智能模糊控制器的速度控制方法。

本文简单介绍了模糊控制的基本原理，并在广泛参考国内外BLDC速度控制文献的基础上，对在BLDC速度控制中常用的各种模糊控制方法、策略及具体应用，进行了详细归纳和总结。

可以看出，用模糊控制器或其混合控制器代替普通的PI控制器，可以使BLDC的整体性能得到显著改善，是高性能BLDG调速系统开发的一个重要方向。

二、模糊控制基本原理所谓模糊控制，是指在控制方法上应用模糊集理论、模糊语、言变量及模糊逻辑推理来模拟人的模糊思维方法，用计算机实现与操作者相同的控制。

无刷直流电机的优化控制方案分析作者：张悦琳来源：《科学与财富》2020年第01期摘要：无刷直流电机的出现使传统的电刷和换向器结构得到了优化，但传统的控制方案却不再具有适用性，在一定程度上限制了无刷直流电机的应用。

本文首先介绍了无刷直流电机的结构和工作原理，然后分析了传统PID算法的理论基础，最后采用模糊PID控制算法对无刷直流电机的控制方案进行了优化。

希望本文的研究可以为相关领域提供参考。

关键词：无刷直流电机;PID算法;模糊控制传统的有刷电机需要设计电刷和换向器，因此存在机械摩擦和换相火花等问题，导致寿命不长，可靠性也较差。

为了解决这一问题，无刷直流电机应运而生。

无刷直流电机不再采用电刷和换向器结构，取而代之的是电子换相法，因而大大提高了电机的总体性能[1]。

然而，这种性能提高是以控制系统的复杂化为代价的。

由于无刷直流电机在结构上较复杂，非线性和时变特性也更加显著，因此传统的PID控制算法很难满足精度要求。

为此，需要探讨新的控制算法，以适应无刷直流电机日益广泛的应用需求。

1.无刷直流电机工作原理无刷直流电机主要由电枢绕组、永磁体、定子、转子、电子换向器等结构组成，其中电枢绕组组装在定子上，永磁体磁极组装在转子上，电子换的应用使传统电机的电刷和换向器不复存在[2]。

根据应用场合的不同，电机绕组的相数可以不尽相同，转子对数也有多种形式，绕组的连接可以采用星型和封闭型两种，但由于封闭绕组具有较高的损耗，效率也不高，因此大部分无刷直流电机的绕组采用星型连接。

不同型号的电子换相器可能具有不同的结构形式，因此又有桥式换向器和非桥式换向器的区分[3]，其中非桥式换向器结构简单、成本较低，但由于效率不高，实际很少应用，故格式换向器是主流。

电流经过某相定子时会产生逆变交流信号，交流信号在气隙的作用下感应出旋转磁场推动转子运动。

传感器实时测量转子位置并将功率开关管有序导通，驱动电机持续运转。

根据转子位置和换相关系的不同，功率开关管的导通或截止相序也不同，从而控制电机的正转或反转。