直流电机模糊控制系统地MATLAB-Simulink仿真研究毕业设计

一种基于Matlab的无刷直流电机控制系统建模仿真方法一、本文概述无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDC）以其高效率、低噪音、长寿命等优点，在航空航天、电动汽车、家用电器等领域得到广泛应用。

为了对无刷直流电机控制系统进行性能分析和优化，需要建立精确的数学模型并进行仿真研究。

Matlab作为一种强大的数学计算和仿真软件，为无刷直流电机控制系统的建模仿真提供了有力支持。

二、无刷直流电机控制系统原理1、无刷直流电机基本结构和工作原理无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor，简称BLDCM）是一种基于电子换向技术的直流电机，其特点在于去除了传统直流电机中的机械换向器和电刷，从而提高了电机的运行效率和可靠性。

无刷直流电机主要由电机本体、电子换向器和功率驱动器三部分组成。

电机本体通常采用三相星形或三角形接法，其定子上分布有多个电磁铁（也称为线圈），而转子上则安装有永磁体。

当电机通电时，定子上的电磁铁会产生磁场，与转子上的永磁体产生相互作用力，从而驱动转子旋转。

电子换向器是无刷直流电机的核心部分，通常由霍尔传感器和控制器组成。

霍尔传感器安装在电机本体的定子附近，用于检测转子位置，并将位置信息传递给控制器。

控制器则根据霍尔传感器提供的位置信息，控制功率驱动器对定子上的电磁铁进行通电，从而实现电机的电子换向。

功率驱动器负责将控制器的控制信号转换为实际的电流，驱动定子上的电磁铁工作。

功率驱动器通常采用三相全桥驱动电路，具有输出电流大、驱动能力强等特点。

无刷直流电机的工作原理可以简单概括为：控制器根据霍尔传感器检测到的转子位置信息，控制功率驱动器对定子上的电磁铁进行通电，产生磁场并驱动转子旋转；随着转子的旋转，霍尔传感器不断检测新的转子位置信息，控制器根据这些信息实时调整电磁铁的通电状态，从而保持电机的连续稳定运行。

由于无刷直流电机采用电子换向技术，避免了传统直流电机中机械换向器和电刷的磨损和故障，因此具有更高的运行效率和更长的使用寿命。

XXXX届毕业设计说明书直流电机模糊控制系统的MATLAB／Simulink仿真研究院、部：电气与信息工程学院学生XX：XXX指导教师：XXXX 职称教授职称专业：XXXXXXXXXXXXX班级：XXXXXXXXX完成时间：20XX.X.X摘要在当今控制技术的发展当中，模糊控制技术的发展走在了前列，成为了当今世界上最先进的控制技术之一。

模糊控制技术很好的将模糊数学理论应用于控制领域当中, 更加真切地模拟出了人脑的思维方式和判断能力, 以及对产品生产的过程进行筛选和对产品质量上的控制, 从而发展出了基于模糊控制技术的智能化的新技术，为当今控制技术的发展提供了广阔空间。

在本文当中，主要介绍了基于模糊控制理论的直流电机模糊控制系统的原理，以及直流电机模糊控制系统的优点和缺点，并通过使用MATLAB语言中SIMULINK模块和模糊控制工具箱对直流电机模糊控制系统进行仿真，把控制直流电机调速的实际情况转换成模糊控制规则，再使用这些规则，对过程经过模糊推理和模糊决策所得到的控制量，从而实现在MATLAB语言中SIMULINK模块和模糊控制工具箱对直流电机模糊控制系统的建模与仿真。

对仿真结果予以分析，对直流电机模糊控制系统的仿真进行总结。

关键词：MATLAB；SIMULINK；模糊控制；直流电机；电机调速ABSTRACTAmong today’s control technology development, one of the leading enterprises in the development of fuzzy control technology, fuzzy control technology has bee one of the most advanced control technology in the world today, it will be a very good fuzzy control technology of fuzzy mathematics theory is applied in control field, the more realistically simulate the human brain’s way of thinking and judgment ability, as well as to the production process of screening and the control on the quality of product, which was developed based on fuzzy intelligent control technology of the new technology, for the development of modern control technology provides a broad expansion of space.in this article, mainly introduced the dc motor based on fuzzy control theory, the principle of fuzzy control system, as well as the advantages and disadvantages of the fuzzy control system for dc motor, and by using the SIMULINK module and the fuzzy control toolbox in MATLAB language for the calculation of the fuzzy control system of dc motor, the control of the actual situation of the dc motor speed control is converted into fuzzy control rules, and then use these rules, the process through fuzzy reasoning and fuzzy decision of control, thus to achieve the SIMULINK module and the fuzzy control toolbox in MATLAB language modeling and simulation of fuzzy control system of a dc motor. And the analysis to the results of simulation and simulation of fuzzy control system of dc motor.Key words matlab；Simulink；fuzzy control；dc motor；motor speed control目录1绪论 (1)1.1研究的目的与意义 (1)1.2国内外的发展现状及发展历程 (1)1.2.1直流调速系统的发展历程 (1)1.2.2直流调速控制系统的发展现状 (2)1.3研究的主要内容及章节介绍 (3)2直流调速系统 (4)2.1直流调速系统的基本概念 (4)2.1.1直流他励电动机的调速方法 (4)2.1.2直流调速系统的供电方式 (6)2.1.3开环V-M系统的机械特性 (7)2.2直流调速系统的动态分析 (8)2.2.1单闭环直流调速系统的动态分析 (8)2.2.2多环直流调速系统的动态分析 (9)2.3直流脉宽调速系统概述 (10)3直流电机 (11)3.1直流电动机的基本结构和工作原理 (11)3.1.1直流电动机的基本结构 (11)3.1.2直流电动机的工作原理 (12)3.2直流电动机的运行特性 (14)3.3直流电动机的起动、调速和制动 (17)3.3.1直流电动机的起动 (17)3.3.2直流电动机的调速 (17)3.3.3直流电动机的制动 (17)4模糊控制 (19)4.1模糊控制原理 (19)4.2模糊控制器的一般设计步骤 (20)5直流电机模糊控制系统的MATLAB/Simulink的仿真 (22)5.1建立直流电机的仿真模型 (22)5.2模糊控制器的设计 (22)5.3直流电机模糊控制系统的建立与仿真 (24)5.4仿真结果及分析 (27)6总结与展望 (28)参考文献 (39)致谢 (31)1绪论1.1 研究的目的与意义在工业现代化的发展当中，直流电机的使用非常广泛。

基于MATLAB的无刷直流电机模糊控制仿真研究发表时间：2008-12-10T10:10:32.153Z 来源：《黑龙江科技信息》供稿作者：杨新军[导读] 摘要：无传感无刷直流电机（SLBLDCM）是一个多变量、非线性系统，PID控制在其调速系统中得到广泛应用。

本文将模糊PID控制应用到SLBLDCM控制系统中，首先建立了无刷直流电机的数学模型，然后利用MATLAB中的Fuzzy Toolbox和Simulink完成了该电机模糊PID双闭环调速系统的仿真设计。

仿真结果表明：控制系统运行平稳，速度跟踪快速准确，同时又具有较高的控制精度。

关键词：无刷直流电机；MATLAB；模糊控制摘要：无传感无刷直流电机（SLBLDCM）是一个多变量、非线性系统，PID控制在其调速系统中得到广泛应用。

本文将模糊PID控制应用到SLBLDCM控制系统中，首先建立了无刷直流电机的数学模型，然后利用MATLAB中的Fuzzy Toolbox和Simulink完成了该电机模糊PID双闭环调速系统的仿真设计。

仿真结果表明：控制系统运行平稳，速度跟踪快速准确，同时又具有较高的控制精度。

关键词：无刷直流电机；MATLAB；模糊控制引言无刷直流电机（BRUSHLESS DC MOTOR，以下简称BLDCM）以其体积小、重量轻、效率高、惯量小和控制精度高等优点，同时还保留了普通直流电动机优良的机械特性，广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等领域[1]。

在分析无刷直流电机数学模型的基础上，建立控制系统的计算机仿真模型，将模糊PID控制应用于BLDCM。

1 无刷直流电机的数学模型无刷直流电机控制系统采用电子换向器（逆变器）替代直流电动机的机械换向器，实现直流到交流的逆变，采用位置传感器控制绕组电流的切换控制[2]，图1为通常采用的无刷直流电机的等效电路图。

为简化分析，假设：1.1定子绕组为60°相带整距绕组，星形连接。

1.2不考虑齿槽效应。

MATLAB设计模糊控制器并用simulink仿真
环境：MATLAB R2012a
目录
一、设计模糊控制器
1.1 创建项目文件夹
1.2 打开MATLAB
1.3 设计模糊控制器
二、设置控制系统
三、simulink仿真
一、设计模糊控制器
1.1 创建项目文件夹
在此路径如图
1.2 打开MATLAB
打开MATLAB R2012a切换当前目录为上一步路径，如图
1.3 设计模糊控制器
打开模糊控制器设计对话框
根据模糊控制器的输入输出设计模糊控制器，在此以二输入一输出为例。

完成后如图（左）所示，然后对每个输入输出变量设置隶属函数，如图（右）。

添加论域数量
设置隶属函数
完成后如图所示
设计模糊规则
保存刚刚设计的模糊控制器，如下图所示
加载模糊控制器到MATLAB中
二、设置控制系统
打开simulink仿真器
设计控制系统
设计完成如图所示
添加第一节中设计的模糊控制器，如下图
自此控制系统设计结束
三、simulink仿真
在仿真之前需要进行如下设置
开始仿真。

理论与设计基于MATLAB/SIMULINK的直流电机模糊控制的仿真周小波 王群京 陈 伟 周嗣理安徽大学（230039）Fuzzy Control Simulation for Dc Motor Based on MATLAB/SIMULINKZhou Xiaobo Wang Qunjing Chen Wei Zhou SiliAnhui University双闭环调速系统[2]。

摘 要：介绍了直流电机的双闭环调速原理，并用M A T L A B构建了直流电机转速、电流双闭环调速系统的模型。

转速环采用模糊控制器，与传统的P I调节器进行比较，模糊控制器具有更好的控制性能。

关键词：双闭环 模糊控制 直流电机SIMULINKAbstract: The principle of double-closed-loop speedregulation system for dc motors was introduced and modelof it was established by means of MATLAB. The speed loop employed the fuzzy logical control. Compared with the traditional PI control, the fuzzy logical controller had better performance.Keywords:Dual-closed-loop Fussy logical controller DC motor由于直流电机系统本身的非线性，当被控对象特性发生变化时，P I调节器难以保持良好的控制性能。

因此本文设计了基于模糊自调节的P I控制器，根据专家的在线调整，以M A T L A B/ S I M U L I N K为工具箱，建立直流电机的常规控制和模糊控制的仿真模型。

1 双闭环调速系统1.1 双闭环调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中分别设置两个调节器以调节转速和电流。

收稿日期:2002-02-21图2　直流电机模糊控制动态结构图基于M AT LAB SI M UL INK 直流电机调速系统模糊控制的建模与仿真M AT LAB SI M UL INK -Based M odeli n g and Si m ulation for Fuzzy Con trol Systemof D c M otor张　晶 曾宪云Zhang J ing Zeng X ianyun(广东工业大学自动化学院　广州　510090)(Faculty of A utom ati on ,Guangdong U niversity of Techno l ogy ,Guangzhou ,510090)摘　要　论述了一种基于M A TLAB 语言的直流电机模糊控制仿真系统,通过M A TLAB 语言中S I M UL I N K 模块和模糊控制工具箱实现模糊控制仿真。

关键词　S I M UL I N K 电机　模糊控制1　引　言计算机仿真技术是应用电子计算机对研究对象的数学模型进行计算和分析的方法。

对于从事控制系统研究与设计的技术人员而言,M A TLAB 是目前控制系统计算机辅助设计实用且有效的工具。

这不仅是因为它能解决控制论中大量存在的矩阵运算问题,更因为它提供了强有力的工具箱支持。

与控制系统直接相关的工具箱有控制系统、系统辨识、信息处理、优化等。

还有一些先进和流行的控制策略工具箱,如鲁棒控制、u -分析与综合、神经网络、模糊预测控制、非线性控制设计、模糊逻辑等。

可以说目前理论界和工业界广泛应用和研究的控制算法,几乎都可以在M A TLAB 中找到相应的工具箱。

同时,M A TLAB 软件中还提供了新的控制系统模型输入与仿真工具S I M U L I N K ,它具有构造模型简单、动态修改参数实现系统控制容易、界面友好、功能强大等优点,成为动态建模与仿真方面应用最广泛的软件包之一。

它可以利用鼠标器在模型窗口上“画”出所需的控制系统模型,然后利用S I M U LI N K 提供的功能来对系统进行仿真或分析,从而使得一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。

无刷直流电机模糊pid控制器的simulink设计在控制系统中，PID控制器是最常见且广泛应用的控制器之一，它通过调节比例项、积分项和微分项来实现对系统的控制。

而模糊控制器则是一种基于模糊逻辑的控制器，能够处理系统模型非线性、参数变化较大或难以精确建模的情况。

将PID控制器与模糊控制器相结合，可以充分发挥各自的优势，提高系统的控制性能。

在Simulink中设计无刷直流电机模糊PID控制器，首先需要建立电机模型。

电机模型可以通过数学建模或直接使用Simulink中的电机模型来实现。

接下来，需要设计PID控制器和模糊控制器。

PID控制器的参数可以通过经验法则、试错法或自整定法等方法进行调节，以获得合适的控制效果。

模糊控制器的设计需要确定模糊集合、模糊规则库和模糊推理方法，以实现对系统的模糊控制。

设计无刷直流电机模糊PID控制器的Simulink模型时，可以按照以下步骤进行：1. 建立电机模型：选择合适的直流电机模型，包括电机的电气特性、机械特性和控制接口等。

2. 设计PID控制器：设置PID控制器的比例、积分和微分参数，通过模拟和调节，使得系统的响应速度、稳定性和抗干扰能力达到要求。

3. 设计模糊控制器：确定模糊控制器的模糊集合、模糊规则库和模糊推理方法，设置模糊控制器的输入输出变量和模糊规则。

4. 整合PID控制器和模糊控制器：将PID控制器和模糊控制器串联或并联，根据系统的要求和性能指标来设计控制器的整体结构。

5. 仿真验证：在Simulink中进行仿真验证，通过模拟系统的运行情况和控制效果，来评估控制器的性能和稳定性。

通过以上步骤的设计和仿真验证，可以得到一个合理、有效的无刷直流电机模糊PID控制器的Simulink模型。

在实际应用中，可以根据系统的实际情况和性能要求，进一步优化控制器的参数和结构，以实现更好的控制效果。

同时，不断的实验和调试，能够进一步提高控制器的稳定性和鲁棒性，确保系统的可靠性和性能的提升。

论文独创性声明本人所呈交的论文，是在指导教师的指导下，独立进行研究和开发工作所取得的成果。

除文中已特别加以注明引用的内容外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并致谢。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

特此声明。

论文作者（签名）：年月日摘要本文设计目的是建立一个模糊控制器控制的直流电机调速系统。

其内容包括直流电动机结构和工作原理的分析，直流调速系统的结构分析，传统控制方案的优缺点分析，直流调速系统和模糊控制器的模型的建立，模糊控制器的设计和Simulink工具箱的使用，并分别在PID控制和模糊控制下对直流调速系统仿真模型的输出结果进行分析，然后同传统的控制方案比较，得出结论。

方法是在MATLAB中分别建立直流电机和直流调速器系统的仿真图，设置好系统中各模块对应的最优参数，先在直流调速系统用传统的PID控制器得到进行仿真，得到相应的动态、稳态指标及抗扰动能力等相关数据。

再把直流电机调速的实际情况转换为模糊规则，利用这些规则进行模糊推理和模糊决策得到控制量，设置各部分参数，建立模糊控制器，然后将直流调速系统的PID控制器用模糊控制器代替，建立模糊控制策略，并保持原先系统各部分参数不变，查看输出波形，记录数据，对比分析各项指标。

研究表明，直流调速模糊控制系统具有构造简单，结果准确，调节方便，响应迅速及抗扰能力强等优点。

关键词：模糊控制；Simulink；直流调速系统；PID控制AbstractThe purpose of this paper is to establish a fuzzy controller to control the DC motor speed control system. The contents include DC motor structure and working principle of the analysis, structure analysis of DC speed control system, analysis of the advantages and disadvantages of the traditional control scheme, the establishment of the model of DC speed control system and fuzzy controller, fuzzy controller design and Simulink toolbox is used, and in the PID control and fuzzy control of DC speed control system simulation model of the output results and with the traditional control scheme, we can draw the conclusion that. Method in MATLAB are established simulation diagram of DC motor and DC speed regulator system, system of each module corresponds to the optimal parameter settings, first in DC speed regulating system with the traditional PID controller by simulation, the corresponding dynamic and steady-state performance and anti-disturbance kinetic energy force related data. The fuzzy rule, using the rules for fuzzy reasoning and fuzzy decision-making to get control of the actual situation of the DC motor speed conversion, set the parameters, a fuzzy controller is established, and then the DC speed control system PID controller is replaced by fuzzy controller, each part of the cascade system and maintain the original parameters unchanged, view the output waveform, recording data, comparative analysis the indicators. The research shows that the DC speed regulating fuzzy control system has the advantages of simple structure, accurate result, convenient adjustment, quick response and so on.Key words: Fuzzy control; Simulink; DC speed control system; PID control目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................................... I I 1绪论.. (1)1.1论文的背景及意义 (1)1.2国内研究现状及展望 (1)1.3论文的主要内容 (3)2直流调速系统设计 (4)2.1直流电动机的基本结构和工作原理. (4)2.2直流调速系统总体方案设计 (6)2.2.1直流电动机调速方式的选择 (6)2.2.2单闭环直流调速系统的搭建 (8)2.2.3直流调速系统数学模型的建立 (9)2.2.4 控制器的类型 (12)3 模糊控制系统研究 (14)3.1模糊控制概述 (14)3.2模糊控制设计 (15)3.2.1模糊控制系统的核心设计 (15)3.2.2模糊控制系统的总体设计 (16)3.3模糊控制与PID控制比较 (17)4系统仿真 (18)4.1MATLAB编程环境及S IMULINK组件介绍 (18)4.2直流电机PID控制系统的建立与仿真 (19)4.3模糊控制器算法设计 (24)4.3.1选取模糊控制器 (24)4.3.2建立模糊规则表 (27)4.3.3模糊推理 (28)4.4直流电机模糊控制系统的建立与仿真 (28)4.5模糊-PID复合控制 (30)4.6扰动参与的系统仿真 (31)4.7仿真结果及分析 (32)4.7.1动态、稳态指标分析 (32)4.7.2抗扰动能力分析 (33)5 总结与展望 (35)致谢 (36)参考文献 (37)1绪论1.1论文的背景及意义在工农业生产和日常生活中，直流电机的使用非常广泛，是一种经常被用作为控制元件来使用的器件[1]。

摘要无刷直流电动机是电力电子技术、微电子技术和永磁材料技术相结合的一种新型电动机。

无刷直流电动机具有体积小、运行可靠、控制相对简单等特点。

目前，无刷直流电机正在快速发展。

尤其是在家用电器、精密仪器、电梯控制等领域，无刷直流电动机都获得了很多成功应用。

本文详细的介绍了无刷直流电机的组成、基本原理和数学模型。

介绍了简单模糊控制器的设计过程。

通过分析MATLAB中“ac7_example”模型，利用Simulink 工具箱搭建模糊控制器，采用模糊控制法对无刷直流电机进行调速。

实现了无刷直流电机的模糊控制系统的计算机仿真。

结果表明，该模糊控制器结构简单、易于实现，能够基本满足系统的性能要求。

关键词：无刷直流电机；模糊控制；Matlab；SimulinkABSTRACTBrushless DC motor is the electric power and electronic technology, microelectronic technology and permanent magnet material technology is combined with a novel motor. Brushless DC motor has the advantages of small volume, reliable operation, control of relatively simple features such as. At present, brushless DC motor are rapid development. Especially in household appliances, precision instruments, elevator control and other fields, brushless DC motors have gained a lot of successful application.This paper introduces the brushless DC motor of the composition, basic principle and mathematical model. Introduction of simple fuzzy controller design process. Through the analysis of the MATLAB "ac7_example" model, the use of Simulink toolbox to build the fuzzy controller, the fuzzy control method of Brushless DC motor speed control. Realization of Brushless DC motor fuzzy control system computer simulation. The results show that, the fuzzy controller has the advantages of simple structure, easy to implement, can basically meet the system performance requirements.Key words:Brushless DC motor；fuzzy control；Matlab；Simulink目录第一章绪论 (1)一、课题背景 (1)二、无刷直流电机的发展历程 (1)三、无刷直流电机的结构特点 (2)四、无刷直流电机的应用 (2)五、主要研究内容 (3)第二章无刷直流电机的基本原理 (4)第一节无刷直流电机的基本组成 (4)第二节无刷直流电机的工作原理 (6)第三节无刷直流电机的数学模型 (7)第三章模糊控制仿真设计 (10)第一节模糊控制 (10)第二节Matlab简介 (12)第三节Simulink组件介绍 (12)第四节典型模糊控制设计 (13)第五节无刷直流电机系统的稳定性分析 (17)第四章无刷直流电机的糊控制仿真 (19)第一节无刷直流电机调速系统模型 (19)第二节无刷直流电机的模糊控制设计 (22)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)第一章绪论一、课题背景无刷直流电机是一种把控制装置和电机本体结合在一起的机电一体化设备，它具有高效率，高功率，高可靠性等优点。