基于自适应模糊PID控制的无刷直流电机调速系统
摘 要 对无刷直流电机的控制技术与调速方法进行了研究，在Matlab7.0/Simulink窗口下，构建了永磁无刷直流电机调速系统仿真模型，设计了自适应模糊PID控制器，对电机的低、中、高速运行状况予以研究，并与常规PID控制器开展对比研究。结果表明：本文所设计的自适应模糊控制系统，不论是动态、还是静态性能，对比常规控制器更加优越，在负载扰动、系统参数的变动等方面，该系统的适应能力较强，控制效果较好。
【关键词】永磁无刷直流电机 自适应模糊PID控制器 脉冲宽度调制
伴随着性能更高的永磁材料、电力技术的飞速发展，由此出现了一种新型电机，即永磁无刷直流电机。它既具有直流电机良好的机械特性和调速性能，又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便、寿命长等特点，并且体积小、速度快、可靠性好。但是，永磁无刷直流电机调速系统是一个非线性、多变量、时变系统。采用传统的PID控制方法控制，要想达到良好的控制效果比较困难，和预期效果有一定的差距。本文以对自适应模糊PID控制器的设计为基础，结合模糊算法对PID参数进行自动整定的方法，将传统PID和模糊控制相结合，应用于无刷直流电动机调速控制系，实现针对该电机的高精度、实时控制目标。
1 无刷直流电机数学模型
选取三相永磁无刷直流电机作为具体案例，实现相关动态数学模型的构建。为了便于探究，假设如下：电机连接为定子绕组星型，且完全对称，空间上互差120度电角度；忽略电枢反应，气隙磁场近似为梯形波；换相、齿槽效应等影响不予考虑，电枢表面导体的分布为均匀且连续；其中的磁路饱和、相关损耗等都不予考虑；参数保持不变；转速、运行相对稳定。
1.1 电压方程
将无刷直流电动机每相绕组等效为电阻、电感和反电动势串联。对于方波电动机，在转子位置变化的同时，其磁阻并不会出现变化，所以不论为互感还是自感，都是常数；如果此时连接为三相星型，且导通方式为120°，中线也不存在，那么在三相对称电机中各相电流代数总和为零，即：
（1）
定子三相绕组电压方程：
（2）
上述公式内：定子相绕组电压、电流、反电动势分别为ua、ub、uc；ia、ib、ic以及ea、eb、ec；每相绕组的自感、内阻以及互感分别为L、r以及M。
1.2 转矩方程
如果此时考虑转子的杂散、机械损耗，其电磁功率将完全转变为转子的动能，则电磁功率方程表达式为：
（3）
因此无刷直流电机的电磁转矩...
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