直流电机模糊控制系统的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。
模糊控制实例及simulink仿真实验报告
模糊控制实例及simulink仿真实验报告
一、背景介绍
模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，其优点在于可以很好地处理复杂的非线性和不确定性系统，而且不需要精确的数学模型和计算，能够快速实现控制的优化。
二、实例介绍
本次实例采用一个双轮小车为对象，实现小车在平面上向指定位置运动的控制。
通过小车的速度和转向角两个输入变量，输出一个模糊控制信号，控制小车前进和转向。
三、实验过程
1. 建立模糊控制系统模型
打开Simulink软件，建立一个新模型，模型中包括输入变量、输出变量和控制器。
2. 设计输入变量和输出变量
（1）设计输入变量
本实例选择小车速度和转向角两个输入变量，每个变量包含三个模糊集合，速度变量分别为“慢速”、“中速”、“快速”，转向角变量分别为“左转”、“直行”、“右转”。
（2）设计输出变量
模糊控制信号输出变量选择小车的前进和转向，每个变量包含三个模糊集合，分别为“慢行”、“中行”、“快行”、“左转”、“直行”、“右转”。
3. 建立控制器
建立模糊控制器，包含输入变量和输出变量的关系，建立控制规则库和模糊关系。
4. 仿真实验
在Simulink下进行仿真实验，调整控制器参数，观察小车运动状态，对比试验。
四、实验结果
经过多次试验和调整，得到最优的小车模糊控制参数，可以实现小车的平滑运动
和准确转向。
五、实验结论
本实验通过建立一个小车的模糊控制系统，可以有效实现小车的平滑运动和准确转向，控制效果优于传统的PID控制方法。
模糊控制可以很好地处理非线性、不确定性和模糊性的系统，适合许多需要快速优化控制的场合。
基于Matlabsimlink的模糊PID双闭环直流电机调速
速系统比仅仅使用ＰＩ双闭环系统的控制性 能指标有了一定的优化。
３、结论
本文通过对直流调速系统的开环、双 闭环以及模糊ＰＩ控制器的双闭环系统进行 了仿真，验证了不同控制系统对于直流电 机调速的控制效果。开环系统冲击电流大， 机械特性差，双闭环控制系统较开环系统 具有明显的硬度，机械特性不易受干扰。采 用带自调整因子的模糊Ｐｌ控制器减小了系 统初始的冲击电流，并且响应速度有ｒ明 显的改善，这在工业生产和电力系统自动 控制中具有微高的实用价值。
低于给定转速时，转速调节器的输出增加，
即电流给定上升，并通过电流环调节使电
动机电流增加，从而使电动机获得加速转
矩，电动机转速上升，并通过电流环调节使｝
电动机电流下降，电动机将因为电磁转矩
减小而减速。在当转速调节器饱和输出达
到限幅值时，电流环即以最大电流限制实
现电动机的加速，使电动机的启动时间最
短，转速、电流双闭环直流凋速系统的仿真
开环直流调速由于自身的缺点几乎不 能满足生产过程的要求，在应Ｊ丰｛广泛的双闭 环直流调速系统中，传统ＰＩＤ控制已经得 到了比较成熟的应用。但是受电动机负载 等非线性因素的影响，传统的控制策略在实 际应用中难以保持ｉ殳计时的性能。随着模 糊控制技术应用的日渐成熟，又由于模糊 控制不依赖于被控对象的精确数学模型，能 够克服非线性因素的影响，对调节对象的参 数变化具有较强的鲁棒性，所以将模糊控 制与传统的ＰＩＤ控制结合可以起ｆｌｌｔＥ好的 效果。模糊控制系统中，在当对象参数、 给定或扰动变化过大时，很难获得满意的 控制效果，在此基础提出自调整因子０ｔ．模 糊控制器，根据控制的误差值，通过适当 的调节规则来调整一些关键控制参数值，
基于MATLAB的无刷直流电机模糊控制仿真研究
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
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。
基于SIMULINK无刷直流电机模糊PID控制的建模与仿真
ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｏ ａ ｃ ｔ ｕ ａｌ ｌ ｙ ｂ ｒ ｕ ｓ ｈｌ ｅ ｓ ｓ ＤＣ ｍｏ ｔ ｏｒ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅｍ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：Ｂ ｒ ｕ ｓ ｈ ｌ ｅ ｓ ｓ ＤＣ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ； Ｄｏｕ ｂ ｌ ｅ — ｌ ｏ ｏ ｐ Ｃｏｎ ｔ ｒ ｏｌ ； Ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ ＰＩ Ｄ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
ａ ｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａｌ ｔ ｗｏ － － ｐｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ａｒ ｔ ｈｒ ｅ ｅ － － ｐｈ ａ ｓ ｅ ｓ ｉ ｘ ｗｏｒ ｋ ｓ ｏ ｆ ｂｒ ｕ ｓ ｈｌ ｅｓ ｓ ＤＣ
统的 Ｐ Ｉ Ｄ控 制 方法相 比有 更好 的稳 定性和抗干扰性 。
变量 、强耦合 、非线性的复杂系统 …，
因此 传统 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制 器 难 以 获 得 满 意
态 响应 等 优 点 ，基 于无 刷 直 流 电机 具有一系列优点 ，已在交通 、工业、 家 电、航空航天、军工、伺服控制等 领域 都 被 广 泛地 使 用 ，因此 对其 控 制 方 式的研 究可 以更 广 泛的 挖掘 其
基于MATLAB_SIMULINK的直流电机模糊控制的仿真
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。
无刷直流电机模糊pid控制器的simulink设计
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。
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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姓名：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 become 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.Keywordsmatlab；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。
对直流电机的控制也越来越重要，在现代的工业生产当中，对生产的过程控制要求比较严格，对生产出来的产品质量的要求也相当严格，这就要求在现代工业生产过程当中，对控制的要求控制精度准确、易于调速、运行稳定。
在工业生产过程中为提高产品的质量和产品的产量，控制过程从人工手动控制慢慢向半自动控制发展，半自动控制慢慢向全自动控制发展，使得生产工艺实现全自动化生产，在全自动化生产的过程当中，离不开传动系统的调速电机对生产设备的控制，按驱动电动机的类型可分为直流传动系统和交流传动系统二大类。
本文中主要研究直流传动系统。
直流电动机具有很多优良的调速特性，如：调速平滑、简单易控、过载能力大、正反转能快速切换、并可实现频繁地无级快速起动和制动。
能够满足在现代化工业的生产过程当中不同环境下的的特殊运行要求，如：在生产机械设备的切削机床、生产用纸的纸机设备、全自动生产电子产品的生产线、水泥厂等对控制性能要求非常高的工业生产当中被广泛应用，使得直流电机在现代工业生产当中仍然充当着重要角色。
1.2国内外发展历程及发展现状1.2.1直流调速系统的发展历程在运动控制系统的发展过程当中，交流电气传动和直流电气传动并存于工业生产的各个领域，在历史上最早出现的是直流电动机，在没有出现交流电动机之前，直流电气传动是惟一的电气传动方式，随着工业生产技术的向前发展，对电气传动在启动、制动、正转、反转、调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高的要求，这就要求在工业生产当中大量的使用直流传动调速系统，由于直流电动机的调速性能和转矩控制性能非常好，从20世纪30年代起。
直流调速系统开始应用于工业的各个领域。
最早的控制系统是由旋转变流机组控制来实现的，而后慢慢发展成为由放大机和磁放大器控制系统来实现控制的，经过放大机和磁放大器控制的时代的发展，基于它们的闭环连续控制系统得到广泛应用，在改进控制的性能方面，取得了良好的效果，到后面晶闸管变流装置和模拟控制器的出现，使得控制真正实现了直流调速，一直到后面可控整流和大功率晶体管组成的PWM控制电路的出现，才得以实现了使用数字化对直流的调速。
而直流调速在工业应用方面具有快速、可靠、经济、稳定、方便等特性，使得直流调整系统在工业应用方面非常广泛。
在直流电气传动系统中，有如下几种常用的可控直流电源：(1)使用恒定的直流电压直接向直流电动机电枢供电，改变阻值的大小来实现对电枢回路的调速。
这种通过改变电阻的大小，从而改变电压值的大小来调速的方法简单，便于操作，工业生产方面也简单，而且成本低。
这种方法也有着不少缺点，比如：这种调速转化率低，机械性能差，调速易于波动，不能进行平滑调速。
由于这些缺点的存在，便得这种方法在工业生产当中使用率很低。
(2)30年代末，发电机-电动机（也称为旋转变流组）的问世，增加了调速领域的灵活性、广泛性等，同时存在的闸流管、电机扩大机、及磁放大器等控制器件共同组成的调速系统，提高了调速的各方面的性能，如：提高了调速平滑变化、调速转速精度、及加宽了调速范围、提高效率等。
特别发电机-电动机的使用，很容易就实现了将电动机轴上的飞轮惯量反馈给电网，不仅提高了效率，减少了能量损耗，而且能够很好的实现平滑制动。
但是这样的调速系统还是存在着不少缺点，如因此增加的辅助设备（旋转电机和励磁设备等），造成占地面积大、转化率低、维修难度大、不易维修、成本高等。
(3)直到汞弧变流器出现以后，汞弧变流器开始慢慢取代了发电机-电动机调速控制系统，进一步提高了调速控制系统的性能。
(4)世界上第一只晶闸管的问世是在1957年，晶闸管的问世，让整个直流调速系统发生了极大的变化，因为晶闸管具有可靠性高、反应灵敏、所占空间小、简便耐用等优良性能，使得晶闸管提到了广泛的应用，不仅提高了直流调速系统的可靠性和经济效益，而且在工业生产使用中相对其他直流控制的性能上也具有很大的优势，晶闸管变流装置比机组和汞弧变流器的放大倍数分别高1000倍和10倍，自身的放大倍数在10000以上，而机组和汞弧变流器的放大倍数分别是10倍和1000倍。