无刷直流电机模糊PID
基于模糊优化的PID直流无刷电机控制
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
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。
模糊自适应PID控制器在无刷直流电机控制系统中的应用
模糊自适应PID控制器在无刷直流电机控制系统中的应用孙佃升1白连平2（1.滨州学院自动化系，滨州，256601）（2.北京机械工业学院自动化系北京 100085）摘要：无刷直流电机是一种多变量、非线性的控制系统，采用经典的PID控制难以达到满意的控制效果。
本文将模糊自适应PID控制器应用于无刷直流电机的控制中，运用模糊控制原理对PID参数进行在线调整。
实验结果表明，较之传统的PID控制，采用模糊自适应PID控制的无刷直流电机控制系统具有更好的动态和静态性能，达到了较好的控制效果。
关键词：无刷直流电机；模糊PID；自适应控制；参数自整定The Application of Fuzzy Adaptive PID Controllerfor Control System of BLDCMSUN Dian-sheng 1BAI Lian-ping 2(1.Department of Automatization, Binzhou College, Binzhou，256600,China)(2.Department of Automatization, Beijing Information Science&Technology University,Beijing,100085,China)ABSTRACT: As brushless DC motor (BLDCM) is a multi-variable and non-linear system, using conventional PID control can not obtaion satisfied control effect. This paper introduce the application of fuzzy adaptive PID controller for control system of BLDCM and parameters self-tuning online by employing Fuzzy control principle. The experiments illustrate that excellent static and dynamic performance compared with the conventional PID control.KEY WORDS: Brushless DC Motor(BLDCM); Fuzzy PLD; adaptive control; parameter self-tuning1 引言无刷直流电机既有优良的调速性能，又克服了有刷直流电机机械换向带来的诸多问题，在各个领域获得了广泛的应用。
模糊自适应PID控制在无刷直流电动机矢量控制中的应用
了无刷直流电动机推广前景。 无刷直流电动机的相关研究 国内外正在广泛地开 展起来 ，相应地数学模型 已经被成功地建立出来。无
子磁链定向方法 ，提出一种 电流环使用传统的 ＰＤ控 Ｉ 制 ，速度环使用模糊 自适应 ＰＤ控制方法 ， Ｉ 设计出了
无刷直流电机的模糊 自适应 Ｐ Ｉ Ｄ控制系统。从而能够
ｃ ｎ ｏ Ｓ ｌｏ ｕ ｅ ． ｎ ｅ ｈ ｅｉ ｎｎ ｆｔ ｕ ｚ ｄ ｐ ｖ Ｉ ｃ ｎｒ ｌ ｖ ｃ ｓｃ ｒｉｄ ｏｔ ｌ ｒ Ｗａ ｉ ｒ ｄ ｃ ｄ ａ ｄｔ ｎ ｔ ｄ ｓ ｉｇｏ ｈ ｆ ｙ ａ ａ ｔ ｅＰ Ｄ ｏ ｔｏ ｉｅｗａ ａｒｅ ｎ ｈ ｅ ｇ ｅ ｚ ｉ ｅ ｄ ｏ ． ｄｆ ｌ ｅｃ ｓ ｔ ｄ ｓｃ ｒｉｄｏ ． ｎ ｅｎ ｍｅｉａ ｉ ｌｔ ｎＷａ ａｒｅ ｕ ｄｔｅ ｔ ｕ Ａｎ ｍａｌ ｔ ａ ｅｓ ｙ ｗａ ａｒｅ ｕ ａ ｄｔ ｕ ｒ Ｉ ｍｕ ａｉ Ｓ ｃ ｒｉｄｏ ａ ｙｈ ｕ ｔ ｈ ｃ ｓ ｏ ｔｎ ｈ
（ ａ ｇ ａ ｇＰ ｌｔ ｈ ｉ Ｃ ｌ ｇ ， ｕ ｎ ｇ ｎ ３ ０ ２ Ｃ ｉａ Ｈｕｎ ｇ ｎ ｏ ｅ ｎｃ ｏｌ ｅ Ｈ ａ ｇ ａ ｇ４ ８ ０ ， ｈｎ ） ｙｃ ｅ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ａ ｅｔｅｖ ｃｏ ｏ ｔｏ ｏ ｅＢｒ ｓ ｌｓ ｓｒ ｃ： ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｈ ｖ ｅ ｔ ｒ ｎｒ ｌ ｒ ｕ ｈｅ ｓＤＣ ｏｏ ｆｅ ｔ ｅｙ ａ ｄｔｅｆ ｚ ｙ ｏ ｈ ｃ ｆ ｔ ｈ Ｍ ｔｒｅ ｃ ｉ ｌ， ｎ ｈ ｕ ｚ ｖ
ｔｓｉｇｒｓ ｌ ｈ ｗｅ ａ ｉ ｔｏ ａ ｏ ｄａ ａ ｔ ｅａ ｄｌｇ ｌ ｂｌｙ ｅ ｔ ｅｕｔ ｓ ｏ ｄｔ ｔｈ ｓ ｈ ｄｈ ｄａｇ ｏ ｄ ｐｉ ｉｈｒ ｉ ｉ ｔ． ｎ ｓ ｈ ｔ ｍｅ ｖ ｎ ｌ ｅａ ｉ Ｋ ｅ ｒ ｓ Ｐ Ｄ ｏ ｔｏ； ｍ ｓ ｌｓ ｙｗｏ ｄ ： Ｉ ｃ ｎ ｌｂ ｈｅ ｓＤＣ ｏｏ ； ｅ ｔｒ ｏ ｔｏ ｒ Ｍ ｔｒ ｖ ｃｏ ｎｒ ｌ ｃ
基于无刷直流电动机调速系统的混合模糊PID控制
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。
直流无刷电机模糊自适应PID控制系统研究
和 位置 传感 器三 个 部 分 ，其 结 构 原 理 如 图 １所 示 。
它用 电子 换 向代 替 了 传 统 的 电刷 机 械 换 向 ，将 读
糊 化环 节 生 成 两 个 模 糊 子集 Ｅ、Ｅ Ｃ，接 着 进 行 模
糊 逻辑 推理 ，得 到模 糊 论 域 上 的输 出模 糊 子 集 ， 再 经过 解 模 糊 化 处 理 ，得 到 输 出论 域 上 的 控 制 量
高庆 文
（ 玉柴 联 合 动 力股 份 有 限公 司 ，安 徽 芜湖 ２ ４ １ ０ ８ ０ ）
［ 摘要］ 阐述 了直流 无刷 电机 工作原理及数 学模型 ；介绍 了模糊控 制理 论 ，提 出模糊 自适 应 Ｐ Ｉ Ｄ控 制 策略 ；在 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ环境下 ，使 用反 电动势建模 法建立 了直 流无刷 电机控 制 系统的模 型 ，并进行仿 真分析 ；利 用模糊 自适应 Ｐ Ｉ Ｄ控 制策略 改进 速度控 制器 中的常规 Ｐ Ｉ Ｄ算法 ，进行 仿真 ，并将 所得结果进 行对 比。
ｕ，
一Ｔ Ｌ — Ｂ ｔ ｏ ＝． ， 尸 幻 （ １ ）
３ ． １ ． ２ 速 度控 制模块
图 ３ 模 糊 控 制器 的 结构 图
常规 Ｐ Ｉ Ｄ速度 控制模 块 的结构 如 图 ５所示 。它 只有单 个 输 入 量 ， 即参 考 转 速 和 实 际 转 速 的 差 值
３ 直流 无刷 电机 控 制建 模 与 仿 真
取到的位置传感器信号转换成功率开关信号 ，依次
导通 功率逆变 桥 上 的 ６个 功 率管 ，使 得直 流 无 刷 电 动机 在运行过 程 中定 子绕 组所 产 生 的磁场 和 转 动 中 的转 子永磁磁 场 ，在 空 间上始 终 保 持在 （ ＇ ｒ ｒ ／ ２ ）ｒ ａ ｄ
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DSP的无刷直流电机模糊PID控制系统设计
中图 分 类 号 ：Ｔ ２３ Ｐ ７ 文献标识码 ： Ｂ
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｕ ｚ Ｄ ｏ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｆ ｂ ｕ ｈ ｅ ｓ ｓｇ ｆ ｆ ｚ ｙ ＰＩ ｃ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｒ ｓ ｌ ｓ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ＤＳ ＢＬＤＣＭ ； ｚ ｙ ＰＩ ｙ ｒｓ Ｐ； Ｆｕ ｚ Ｄ
Ｏ 引 言
随着各种 处理器 的出现和 发展 ， 国内外 对无刷 直流 电
机控制系统 的研究也在 不断 的发 展和完 善 ， 目前无 刷直 流 电机控制器 的结构有 多种形式 ， 由无 刷直 流 电机 专用 集 如 成 控制芯 片实现 ， 以单片机 为核心组成 的数 字控制 电路 实 现 ， Ｄ Ｐ芯片为核 心实现 等 。在 系统 控制 算法 方 面 ， 以 Ｓ 国 内外许多研究 人员也作 了大量 的研 究 ： 的提 出了 内模 控 有
片（ ＴＭＳ ２Ｌ ２ ０ Ａ） ３ ０ Ｆ ４ ７ 和无刷直流电机专用集成芯片（ ３０ ５ 为核心设计 了系统硬件电路 ， ＭＣ ３ ３ ） 并将 传统 ＰＤ控制与模糊控制 Ｉ 相结合形成的模糊 ＰＤ控制算法应用于该硬件系统 ， Ｉ 同时设计 了上位监控系统 ， 组成 了一个 数字化 、 能化 的无刷 直流 电机 智 控制系统 。实验结果表明， 本控制系统运行稳定 ， 控制精度高 ， 有着很强的应用推广价值。
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ．Ａｓｔ ｅａ ｐ ｉａ ｉｎ ｆｅｄｏ ｕ ｈ ｅ ｓＤＣ ｍｏ ｏ （ ｈ ｐ ｌ ｔｏ ｉｌ ｆＢｒ ｓ ｌｓ ｔｒ ＢＬＤＣＭ ） ｃ ｎ ｉｕ ｓｔ ｎａ ｇ 。ｉ ｒｑ ｉｅ ｈ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｃ ｏ ｔ ｅ ｏ ｅ ｌｒ ｅ ｔ ｅ ｕｒ ｓｔ ｅｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｎ ｃ ｎ ｗｏ ｋｓａ ｌ ｎ ｏ ｔｏ ｘ ｃｌ ．Ｓ ｈ ｓｐ ｐ ｒｔｋ ｓｔ ｅＤＳ ｈ ｐ （ ａ ｒ ｔ ｂｙａ ｄｃ ｎ ｒ ｌ ａ ｔｙ ｏｔ ｉ ａ ｅ ａ ｅ ｈ Ｐ ｃ ｉ ＴＭ Ｓ ２ Ｌ ４ ７ ）ａ ｄ ｔ ｅＢＬ Ｘ２ ｐ ｃａ ｎ ｅ ｅ ３ ０ Ｆ２ ０ Ａ ｎ ｈ Ｉ Ｍ ｓ ｅ ｉｌｉｔ— ｇ ａｅ ｉｃ ｉ （ Ｃ３ ０ ５ ｓｔ ｅｃ ｒ ｏ ｄ ｓｇ ｈ ｙ ｔｍ ａ ｄ ｒ ｉｃ ｉ．Ｔｈ ｚ ｙＰＩ ａｇ ｒｔ ｍ ｉｈ ｉ ｏ ｍｅ ｒ ｔｄ ｃｒ ｕｔ Ｍ ｓ ３ ３ ）ａ ｈ ｏ ｅｔ ｅ ｉｎ ｔ ｅｓ ｓｅ ｈ ｒ ｗａ ｅｃｒｕｔ ｅＦｕ ｚ － Ｄ ｌｏ ｉｈ ｗｈ ｃ ｓｆｒ ｄ
基于自适应模糊PID无刷直流电机控制研究
偏 离 既定值 方 向变 化 ，ｋ 取 大值 ； 值 在偏 差 比较 大 时 ， 差变 化率 与偏 差 异 号 时 ， 值 取 小值 ， 加快 偏 ｋ 以
控 制 的动态 过程 。
采用 两输 入 三输 出 的形 式 ， 速 偏 差 Ｅ和转 速 转
偏差 的变化率 Ｅ Ｃ为模糊 输入 量 ， 应 的模 糊输 出量 对 比例 、 积分 、 微分作 用对应 的变 化量 △｝， ｋ， ｋ 作 ｜ Ａ Ａ ｊ 。
（ ３ ）
无 刷直 流 电机 电压 平衡 方程 式如 下表 示 ：
２ 自适应模糊 Ｐ Ｄ控制 器的设计 Ｉ
２１ ０ １年 ６月 ２ 日收 到 ７
第一 作者简介： 蒋旭益（９８ ， 浙江慈溪人， １ 一）男， ８ 研究方向： 电机
２ １ 自适应 Ｐ Ｄ 模块 设计 ． Ｉ
智能控制。
⑥
２ １ Ｓ ｉ ｅｈ Ｅ ｇｇ ０ ｃ Ｔ ｃ ． ｎｒ． １ ．
机 电技 术
基于 自适应模糊 ＰＤ无屈 直流 电机控制研 究 Ｉ Ｊ Ｉ
蒋旭 益 王 立标
（ 台州 学 院机 械 工 程 学 院 ， 台州 ３ ８０ １ ００）
摘
要 无刷直流 电机具有高度 的非线性特性。为 了提高 电机转速 控制 的稳态 和动态特 性， 计 了无 刷直流 电机 自适 应模 设
关 键词 无刷直流 电机 自适应模糊 ＰＤ Ｉ 鲁棒性
中图法 分类 号 Ｔ ３ ３４ ； Ｍ ８．１
文献标志码
Ａ
无 刷 直 流 电 机 （ ｒｓｌ ｓＤ ｏｏｓ Ｂ Ｄ Ｍ） Ｂｕ ｈｅ Ｃ Ｍ ｔ ， Ｌ Ｃ ｓ ｒ
因其 具有 简 单 的 结 构 ， 良好 的调 速 性 能 ， 转 矩 等 大
基于模糊PID模型的无刷直流电机转速控制
时变 系统 ¨２， ｜ 参数 整定 困难 ， 组 整定 好 的参 数 只 Ｊ 一
能在较 小 的范 围 内有较 好 的控 制 效 果 ， 当参 数 变化
制 论专 家 Ｚｄｈ提 出模 糊 数学 以来 ， 理 论 和方法 ａｅ 其 日臻完 善 ， 短 的几 十 年 里 ， 糊 控 制 （ ｕｚ ｏ— 短 模 Ｆ ｚ Ｃ ｎ ｙ ｔ １广 泛地 应用 于 自然 科 学 和社 会 科 学 和工 程 控 ｒ） ｏ
制领 域 ＿ 。模 糊 逻 辑 具 有 类 似 于人 脑 的 自然 语 ２ ｊ
控制。针对无刷直流 电机（ Ｌ Ｃ 提 出了一种基于 ＨＤ模 型的转速控制方案， Ｂ Ｄ Ｍ） 利用无刷直流 电机的 电压与转矩 转速方程 ， 通
过调节 ＨＤ参数来实现转速 控制 。采用模糊原理对 ＰＤ参数进行模糊化 ， Ｉ 根据 电机参数的变化， ＨＤ参数进行在线调整 ， 对 取
得 了高精度 的转速控制。仿 真和 实验结果表明， 采用模 糊 ＨＤ控制方法控制无刷直流 电机 ， 能够实现响应速度 快、 无超调 、 控
线 性 调节 器 的极 点 配 置 和最 优 控 制 、 确 反 馈 线 精
本 文提 出一种 基于模 糊 自适 应 ＰＤ模 型 的无 刷 Ｉ 直流 电机 速 度 控制 系 统 。该 模 型 将 给 定转 速 和 实 际转速 之 间 的偏 差 及 其 偏 差 变化 率 作 为模 糊 控 制 推理机 的输人参 量 ， 过模糊原 理 ， ＨＤ参 数进行 通 对
有 了电刷 与换 向器 的接 触 就减 少 了 电火 花 的产 生 ，
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摘要无刷直流电机由于其结构简单，可靠性高等特点，广泛用于工业生产中。
在过去的控制方法中，多采用传统的单闭环PID控制，然而由于建立无刷直流电机的数学模型比较复杂，固定参数的PID在控制性能上难以达到令人满意的效果。
所以采用双闭环模糊PID控制方法提高电机的控制性能，成为当前工程技术人员和学者研究的热点。
首先，分析研究了无刷直流电机转速检测方法，通过比较具体分析确立反电动势检测法进行转子位置的检测，并对反电势法检测法的原理进行了分析。
其次，重点分析了直流调速的控制方法，常规PID控制方法在控制非线性对象时，往往鲁棒性较差，难以满足高精度、快响应的控制要求，常常不能有效克服负载、模型参数的大范围变化以及非线性因素的影响。
所以本文采用模糊PID控制方法，该方法能够在线调节PID参数，满足直流调速系统快速性、实时性的要求。
最后，通过观察MATLAB仿真结果，并进行不同控制方式下电机转速波形之间的对比，证明模糊PID的优越性。
关键词: 无刷直流电机；反电势法测速；模糊PID；仿真ABSTRACTBrushless DC motor due to its simple structure, large output, high reliability, is widely used in industrial production. Control method, the use of traditional Double closed loop PID control, but because of the brushless DC motor itself is a strongly coupled non-linear model, the fixed parameter PID control performance is difficult to achieve satisfactory results. Therefore, other control methods to improve control performance become hot spots of the engineering and academics.First of all, introduced the detection method of non brush DC motor speed, detection of the rotor position established by comparative analysis of back-EMF detection method,and the principle of back EMF detection method is analyzed. Secondly, this paper focuses on the control method of DC speed regulation system, conventional PID control method to control nonlinear object, often poor robustness, difficult to meet the high precision, quick response to the requirements of control, often can not effectively overcome the parameters of load model change in a large range, and the nonlinear influence factors. So this paper focuses on the research of fuzzy PID control method, intelligent fuzzy PID can adjust PID parameters online, can meet the fast, real-time DC speed regulating system requirements. Finally, by observing the MATLAB simulation results, and compare the motor speed waveform between different control modes, to prove the superiority of fuzzy PID.Keywords: Brushless DC motor；Back-EMF method；fuzzy-PID；Simulink目录第1章概述 (1)1.1无刷直流电机的发展历程 (1)1.2无刷直流电机应用范围 (1)1.3无刷直流电机系统研究的意义 (2)第2章无刷直流电机的原理及转子位置间接检测 (4)2.1 无刷直流电机组成及工作原理 (4)2.2 无刷直流电机转子位置间接检测 (7)2.3 无位置传感器无刷直流电机转子位置检测方法的比较 (9)2.4 转子位置间接检测方法的确定与分析 (14)第3章无刷直流电机调速系统 (18)3.1 无刷直流电机调速系统比较 (18)3.2控制方法的比较 (19)3.3模糊控制理论 (21)3.4模糊PID控制器的设计 (23)第4章无刷直流电机调速控制系统软件仿真结果 (25)4.1仿真模型的建立 (25)4.2仿真结果分析 (29)结论 (32)参考文献 (33)致谢 ............................................................................................... 错误!未定义书签。
第1章概述1.1无刷直流电机的发展历程无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor简称BLDCM)是随着微电子技术与电动机技术的迅速发展而出现的一种新型电机。
它以电子换向替代机械电刷换向,在经济社会发展的各个领域中得以广泛应用。
长期以来,直流电机以其优良的转矩控制特性,在相当一段时间内一直在运动控制领域中占据主导地位,但传统的直流电机均采用机械电刷进行换向,存在一定的机械磨擦,因而具有火花、噪声、无线电干扰和寿命短等致命弱点,再因为制造成本高与维修困难等缺点,使其应用范围受到很大的限制。
为了取代有刷直流电机的机械换向装置,人们进行了长期的探索。
1917年,Boliger提出用整流管代替机械电刷的无刷直流电机的基本思想,从此,开始了无刷直流电机的研制时代,但由于没有理想的电子换向元器件,致使研制工作只能处于实验阶段。
直到1955年,D.Harrison等人申请了用晶体管换向线路代替机械电刷的专利,才标志着现代无刷直流电机的诞生。
因此,无刷直流电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的,而它的发展在很大程度上也取决于电力电子技术的进步。
从二十世纪六十年代初期开始,出现的开关式位置传感器、高频祸合式位置传感器、电磁谐振式位置传感器!磁电祸合式位置传感器、光电式位置传感器以及磁敏二极管、霍尔元件等器件,使无刷直流电机的概念发展为泛指一切具有传统直流电机外部特性的电子换向电机川。
自上世纪七十年代以来,高性能、低成本的永磁材料以及全控型大功率器件的出现,对无刷直流电机的发展产生了极大的推动作用,提高了无刷直流电机的输出力矩及功率,增强了实用性。
1978年,前联邦德国推出的MAC无刷直流电机与驱动器,标志着无刷直流电机进入了实用阶段"之后,国际上对无刷直流电机进行了深入的研究,先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。
总之,30多年以来,在永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术发展的支持下,无刷直流电机得到了长足的发展,在工农业等各领域有着广泛的应用前景。
1.2无刷直流电机应用范围无刷直流电动机在先进国家已大量应用于办公设备、家电业、信息业、军事、手动工具、伺服系统、电动汽车、电瓶车、磁旋浮列车等生产生活的各个领域[1]：(1)无刷直流电机在办公自动化领域的应用计算机外设和办公自动化设备用的电机,绝大部分为先进制造技术和新兴微电子技术相结合的高档精密永磁无刷电动机,是技术密集化和高投资类产品。
(2)无刷直流电机在家用电器中的应用随着人们生活水平的提高,许多家用空调压缩机和洗衣机内的电机都选用了无刷直流电机。
吸尘器、搅拌机和家用电风扇也有望采用无刷直流电机代替目前使用的电机,这样不仅能克服目前所用电机的缺点,还能降低能源损耗。
(3)无刷直流电机在工业上的应用由于永磁无刷电动机驱动控制系统集有刷直流电动机和交流异步电动机驱动控制系统的优点于一体,并随着稀土永磁材料和电力电子元器件价格不断降低,性能不断提高,目前工业中使用永磁无刷电机驱动控制系统越来越多,该系统将是主要的发展方向。
(4)无刷直流电机在军事上的应用无刷直流电机以其在效率、重量和体积、噪音和振动、电磁兼容性(EMC)、可靠性、故障排除以及造价等各方面的优势,已大量应用于作战舰艇的电力推进系统。
1.3无刷直流电机系统研究的意义1.3.1无刷直流电机的起源交流电机的历史超过百年。
但是，无刷直流电机历史只有几十年。
1955年美国D.Harrison等人首次申请了用晶闸管换向电路代替机械电刷的专利，这是无刷直流电机的雏形。
在1962年，T.G.Wilson和P.H.Trickey提出“固态换向直流电机”（DC Machine with Solid State Commutation）专利，这标志着现代无刷直流电机的真正诞生。
从20世纪60年代初开始，无刷直流电机进入到应用阶段。
因其较高的可靠性，无刷直流电机最先在宇航技术中得到应用。
1964年，它被美国国家航空航天局（NASA）使用，用于卫星姿态控制、太阳能电池板的跟踪控制、卫星上泵的驱动等。
在1978年当时联邦德国Mannesmann公司的Indramat 分部的MAC经典无刷直流电机及其驱动器在汉诺威贸易展览会正式推出，这是电子换向的无刷直流电动机真正进入实用阶段的标志。
国际上对无刷直流电机进行了深入的研究，从研制方波无刷直流电机基础上发展到正弦波无刷直流电机——新一代的永磁同步电机（PMSM）。
随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷直流电机得到了长足的发展。
50年来，它逐步推广到其他军事装备、工业、民用控制系统以及家庭电器领域中，现在已成为最具发展前途的电机产品。
1.3.2无刷直流电机的优势在中、小功率高性能调速系统和伺服系统中，无刷直流电机的应用日益广泛。