基于改进模糊控制的无刷直流电机控制系统

刘 甫，曾国辉，黄 勃，刘 瑾，韦 钰

（上海工程技术大学 电子电气工程学院，上海 201600）

0 引言

无刷直流电动机（BLDCM）具有响应速度快、功率因数高、运行平稳、体积小、可靠性好、效率高、维护成本低等优点，因此得到了广泛的应用[1]。由于常规控制中电机的绕组电流和转矩之间存在非线性耦合，因此很难对电机进行精确控制。高性能驱动系统最重要的特点是快速、精确的响应，快速从负载扰动中恢复速度。针对电机驱动系统的控制问题，已有许多改进方法，如模型参考自适应控制器、滑模控制器、变结构控制等控制器，这些控制器的设计依赖于精确的数学参数[2]。在众多的控制器中，模糊控制器是比较简单的一种，在响应速度快、对参数不敏感等方面优于其他智能控制器。另一方面，模糊逻辑等智能控制器的设计不需要被控对象精确的数学模型[3]。这种智能控制器的主要特点是简单，数学设计要求不高，适用于处理电机的非线性和不确定性问题。

本文在转速外环中采用模糊PID双模控制器，并在模糊PID基础上进行了改进，提出了变论域的模糊PID双模控制策略，并通过实验验证。

1 BLDCM的数学建模

在建立数学模型之前，我们做出如下假设：

1）定子绕组是三相对称且完全分布的；

2）磁路是不饱和的；

3）忽略涡流损耗和磁滞损耗；

4）气隙磁场是方波；

5）忽略电枢反应和换相过程的影响。

在这些条件下，Y接无刷直流电动机的数学模型可以表达如下。三相定子电压方程：

其中，ua、ub、uc为定子三相绕组端电压，Ra、Rb、Rc为定子三相绕组电阻，ia、ib、ic为定子三相绕组电流，Lbb、Laa、Lcc为定子三相绕组自感。……