自适应模糊PID控制的无刷直流电机及仿真分析

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模糊自适应PID控制器在无刷直流电机控制系统中的应用研究

乱￡＝志ｅ＋忌√ （）ｔ志ｄ（）出（）：（）０ｄ＋ｄｅｆ／＝Ｉ８
令五ｐ一是＋ｐ是；一是＋；ｄ一是。足ｄ＋ｄ则可将（）式写成：，４
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“ｆ（）一（加＋△ Ｐｆ＋（＋△ Ｊ０Ｐｄ４（ｄ＋△ ｄｄ（）ｄ志志）（）志０忌）（）ｔ－志ｏ志）ｅｔ／ｆＩ
作者简介：文俊（９７）男，徽长丰人，士研究生．戴１８一，安硕
通讯作者：有铸（９２）男，徽庐江人，授，导．凌１６－，安教硕
第４期
戴文俊，：糊自适应ＰＤ控制器在无刷直流电机控制系统中的应用研究等模Ｉ
和△ ｄ
的隶属度函数
本二维模糊控制器的模糊逻辑推理采用Ｍａａｉ则，ｍｄｎ法去模糊化采用重心法，可求出修正后的模糊
基金项目：徽省自然科学基金资助项目（１４６６１）安徽省高校自然科学基金资助项目（ｊＯｌ２９；湖市科技安１０００ｍ１５；ｋ２ｌｂ１）芜
计划基金资助项目［科计字（０１４文］芜２１）７号
文献标识码：Ａ中图分类号：Ｍ３１Ｔ５
１无刷直流电机（ＬＣ）ＢＤＭ的数学模型
］曼］ＬＬｃ一］ＭＭＭ＋毒『］ｉ＋｛］］Ｌ

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。

基于Matlab的无刷直流电机模糊自适应PID控制仿真

仿真系统主要分为：无刷直流电机模块、电流和速度调节模块。无刷直流电机模块采用的是Ｍａｔｌａｂ自带的无刷直流电机模块。控制系统仿真图如图３所示，模糊自适应ＰＩＤ控制模块的仿真图如图４所示。无刷直流电机的参数设置如下：定子相绕组电阻Ｒｓ＝２．８７５Ω ，定子相绕组自感Ｌｓ＝０．００８５Ｈ，互感Ｍ＝－０．００１６Ｈ，转动惯量Ｊ＝０．０００８ｋｇ・ｍ，额定转速ｎｅ＝１５００ｒ／ｍｉｎ，极对数ｎｐ＝２，５００Ｖ直流电源供电。给定的参考转速１０００ｒ／ｍｉｎ，带负载ＴＬ＝１Ｎ・ｍ启动，在ｔ＝０．２ｓ时突加负载ＴＬ｀＝３Ｎ・ｍ。图５和图６分别为采用传统纯ＰＩＤ算法和对ＰＩＤ算法进行改
１７时５７分，该中心对我国第五颗北斗导航卫星顺利实施了第二批次轨道位置捕获控制，卫星成功进入预定轨道。针对第五颗北斗导航卫星技术状态新、控制过程复杂的特点，西安卫星测控中心科学合理制定测控计划，精确建立了卫星点火姿态，成功完成卫星３次远地点变轨控制，两次轨道捕获控制，使卫星进入距地面３６０００公里高度倾斜
根据ｅ、ｅｃ通过模糊控制规则操作后得到输出ΔＫｐ、 ΔＫｉ、ΔＫｄ的语言变量，接着通过解模糊化的操作将其转换为执行机构能够接受的精确量。本文采用的是最大隶属度平均法（ｍｅａｎｏｆｍａｘｉｍｕｍ，简称ＭＯＭ）来解模糊。
科技短讯
［科技日报］
我国第五颗北斗导航卫星成功入轨
记者从西安卫星测控中心了解到，今天地球同步轨道。其间，测控中心对该卫星共发送上千条遥控指令，成功实施了太阳帆板展开控制、通信天线展开控制、远地点发动机点火变轨控制等一系列高难度控制。此外，西安卫星测控中心对第五颗北斗导航卫星开通了有效载荷，建立卫星的空间运行工作状态，为卫星早日提供导航业务服务奠定了坚实基础。（转载自：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃａｓ．ｃｎ／中国科学院《国内动态》）

基于模糊PI参数自整定的无刷直流电机控制

各相自感为，感为，相相电压分别为 “ 、、互三ｕ，电流分别为、，相绕组反电动势分别为ｅ、相、三ｅ、，ｅ中性点电压为。以三相电流为状态变量，可写出三相电压的平衡方程式：
难以达到预期效果。模糊控制是智能控制中最常用的方法之一，它不要
图１永磁无刷直流电机控制系统
求获得系统精确数学模型，有速度快和鲁棒性强的特具
点。本文通过建立无刷直流电机的数学模型，将模糊控制
ｂｎａａｔｅｕｚＩｏｔｌｒｈｈａｊｓｔｅＰｐｒｍｔｓｃｏｄｇｔｂｔｔｒｒｎｅｖｒｔｒｔｏｔｅｅｏ，ｈｙｔｍｙａｄｐｖｚｙｎｏｌｉｄｕｔｈＩａａｅｒａｃｒｉｏｅｅｒｄｔａｉｙａｆｈｒｒｔｅｓｓｉｆＰｃｒｅｗｃｅｎｏｈｈｏａｈｅｅｒｅ
摘要：文通过建立无刷直流电机的数学模型，本构造了无刷直流电机控制仿真模块。同时将模糊Ｐ参数自整定控制器引Ｉ
入无刷直流电机控制系统中，根据系统输出误差和误差变化率实时整定Ｐ参数，Ｉ仿真结果表明，系统的动态和静态性能优
越。
关键词：刷直流电机无
调速系统优劣的指标包括快速性、定性、棒性，稳鲁这些指
标的实现都依赖于其控制系统。传统的Ｐ控制方便简单ｌ精确，但需首先获得系统的精确数学模型，于无刷直流鉴电机是一个多变量、强耦合、非线性、时变的复杂系统，其数值计算和特性表现要比直流电机复杂许多，ＩＰ控制往往

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ＰＩＤ控制系统。从而能够
ｃｎｏＳｌｏｕｅ．ｎｅｈｅｉｎｎｆｔｕｚｄｐｖＩｃｎｒｌｖｃｓｃｒｉｄｏｔｌｒＷａｉｒｄｃｄａｄｔｎｔｄｓｉｇｏｈｆｙａａｔｅＰＤｏｔｏｉｅｗａａｒｅｎｈｅｇｅｚｉｅｄｏ．ｄｆｌｅｃｓｔｄｓｃｒｉｄｏ．ｎｅｎｍｅｉａｉｌｔｎＷａａｒｅｕｄｔｅｔｕＡｎｍａｌｔａｅｓｙｗａａｒｅｕａｄｔｕｒＩｍｕａｉＳｃｒｉｄｏａｙｈｕｔｈｃｓｏｔｎｈ
（ａｇａｇＰｌｔｈｉＣｌｇ，ｕｎｇｎ３０２ＣｉａＨｕｎｇｎｏｅｎｃｏｌｅＨａｇａｇ４８０，ｈｎ）ｙｃｅ
ＡｂｔａｔＩｒｅａｅｔｅｖｃｏｏｔｏｏｅＢｒｓｌｓｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｈｖｅｔｒｎｒｌｒｕｈｅｓＤＣｏｏｆｅｔｅｙａｄｔｅｆｚｙｏｈｃｆｔｈＭｔｒｅｃｉｌ，ｎｈｕｚｖ
ｔｓｉｇｒｓｌｈｗｅａｉｔｏａｏｄａａｔｅａｄｌｇｌｂｌｙｅｔｅｕｔｓｏｄｔｔｈｓｈｄｈｄａｇｏｄｐｉｉｈｒｉｉｔ．ｎｓｈｔｍｅｖｎｌｅａｉＫｅｒｓＰＤｏｔｏ；ｍｓｌｓｙｗｏｄ：ＩｃｎｌｂｈｅｓＤＣｏｏ；ｅｔｒｏｔｏｒＭｔｒｖｃｏｎｒｌｃ

自适应模糊PID控制器的设计与仿真

自适应模糊PID控制器的设计与仿真自适应模糊PID控制器是一种结合了模糊控制和PID控制的自适应控制器，它能够在系统的不同工况下根据实际需求对PID参数进行自适应调整，从而使得系统具有更好的动态性能和稳定性。

本文将介绍自适应模糊PID控制器的设计思路和仿真过程。

1.设计思路1.1系统建模首先需要对待控制的系统进行建模，得到系统的数学模型。

这可以通过实验数据或者理论分析来完成。

一般情况下，系统的数学模型可以表示为：$G(s)=\frac{Y(s)}{U(s)}=\frac{K}{s(Ts+1)}$其中，K是系统的增益，T是系统的时间常数。

1.2设计模糊控制器接下来需要设计模糊控制器，包括模糊规则、模糊集和模糊运算等。

模糊控制器的输入是系统的误差和误差的变化率，输出是PID参数的调整量。

1.3设计PID控制器在模糊控制器的基础上，设计PID控制器。

PID控制器的输入是模糊控制器的输出，输出是控制信号。

1.4设计自适应机制引入自适应机制，根据系统的性能指标对PID参数进行自适应调整。

一般可以采用Lyapunov函数进行系统性能的分析和优化。

2.仿真过程在仿真中，可以使用常见的控制系统仿真软件，如MATLAB/Simulink 等。

具体的仿真过程如下：2.1设置仿真模型根据系统的数学模型，在仿真软件中设置仿真模型。

包括系统的输入、输出、误差计算、控制信号计算等。

2.2设置模糊控制器根据设计思路中的模糊控制器设计，设置模糊控制器的输入和输出，并设置模糊规则、模糊集和模糊运算等参数。

2.3设置PID控制器在模糊控制器的基础上，设置PID控制器的输入和输出，并设置PID参数的初始值。

2.4设置自适应机制设置自适应机制，根据系统的性能指标进行PID参数的自适应调整。

2.5运行仿真运行仿真，观察系统的响应特性和PID参数的变化情况。

根据仿真结果可以对设计进行调整和优化。

3.结果分析根据仿真结果，可以分析系统的稳定性、动态性能和鲁棒性等指标，并对设计进行调整和改进。

基于模糊控制的无刷直流电机的建模及仿真

的参数不能随被控对象的变动作相应的调整，因此
一
，
不能达到预期控制要求。模糊控制作为一种智能控制，大的特点在于它不需要建立对象的数学模型，最能够很好地克服系统中参数的变化和非线性等不确
定因素，运用模糊推理的方法，自动实现对ＰＤ参数Ｉ
１ＢＣ波形图ＩＭＤ
无刷直流电机的感应电动势（电势）反近似为梯形波，含较多的高次谐波，包同时ＢＤＭ的电感ＬＣ
是非线性的，以ｄ所ｑ变换理论并不适用，该文直接
的最佳调整。该文结合ＰＤ控制和模糊控制各自的Ｉ
优势，出自适应模糊ＰＤ，提Ｉ以期满足ＢＤＭ控制ＬＣ系统的快速性、稳定性和鲁棒性的要求。
Ａｂｓｒｃ：ｎｔｉｐｒａｎｅｍｅｈｄｂａｅｎｆｚｙｓｌ— ａａｉｇＰＤｏｔｏｓｐｅｅｔｄｗｈｃｔａｔＩｈｓｐａｅ，ｗｔｏｓｄｏｕｚｅｆｄｐｔＩｃｎｒｌｉｒｓｎｅｉｈｎｉｕｉｂｅｆｒＢＬＤＣＭ．ＴｈｓｍｅｈｄｏｅｃｍｅｏｅｅｔｆｔａｉｏａＤｏｒ１Ｒｅｕｔｏｈｉ．ｓｓｔｌｏａｉｔｏｖｒｏｓｓｍｅｄｆｃｓｏｄｔｎｌＰＩｃｎｔｏｒｉｓｌｆｔｅｓｍ
关键词：无刷直流电机；ＴＡ模糊控制ＭＡＬＢ：中图分类号：Ｍ３Ｔ３文献标志码：Ａ文章编号：０００８（０１０ — ０９０１０ — ６２２１）１０３ — ４

无刷直流电机模糊PI控制系统建模与仿真

无刷直流电机模糊PI控制系统建模与仿真摘要：从无刷直流电机（bldcm）的工作原理和结构出发，在分析了bldcm数学模型的基础上，采用模块化方法，在matlab/simulink 中建立了bldcm 转速、电流双闭环控制系统模型。

利用该模型进行了电机动静态性能的仿真研究，仿真结果与理论分析一致，表明该方法建立的bldcm控制系统仿真模型合理、有效。

该模型简单、直观、参数易于修改和替换，可方便地用于其他控制算法仿真研究。

关键词：无刷直流电机；matlab/simulink；双闭环控制系统模型；仿真模型随着新型永磁材料、自动控制技术、电力电子技术以及电子技术的迅速发展，无刷直流电机(bldcm)也随之发展起来并已成熟为一种新型的机电一体化设备，它是现代工业设备中重要的运动部件。

无刷直流电机采用电子换相器替代直流电机的机械换向器，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，既保持了直流电机的良好调速特性，又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便的特点。

bldcm以体积小、速度高、可靠性好等优点广泛地应用于航空航天、机器人、电动汽车、仪器仪表、家用电器以及数控装置等领域［1］。

近年来，无刷直流电机的应用领域不断扩大，其控制系统的要求也随之越来越高。

无刷直流电机控制系统设计的过程中，为了缩短设计周期、降低研究成本和风险，通常先采用计算机仿真技术，建立无刷直流电机控制系统的仿真模型，分析电机转速、转矩等参数变化情况，研究整个电机系统的各类定量关系, 提取设计、分析和调试电机及其驱动系统所需数据，施加不同的控制算法以寻求最佳参数，有效地节省控制系统设计时间，加快了实际系统设计和调试的进程［2］。

1无刷直流电机的数学模型由于无刷直流电机的气隙磁场、反电动势以及电流是非正弦的，因此，采用直、交轴坐标变换已不是有效的分析方法。

而在分析和仿真bldcm控制系统时，直接利用电机原有的相变量来建立数学模型却比较方便，又能获得较准确的结果。

模糊自适应PI控制在直流无刷电动机调速系统的应用

的响应速度、定性和鲁棒性的能力。模糊控制是智稳
转磁场的相对位置，驱动电路提供参照信号。无刷为
电动机为了实现无刷换相，直流电动机的电枢绕组把
能控制中最常用的方法之一，它不依赖于控制系统的精确数学模型，对系统参数的变化不敏感，有快速且具
０２相电阻２４机械时间常数７４ｓ转子．６ｍＨ，．７ｎ，．４ｍ，惯量１９ｇ・ｍ。本文设计的模糊控制器输入、出１ｃ输
图１直流无刷电动机模糊Ｐ控制系统框图Ｉ
豢等ｕ幂朋Ｉ口 ‘ 平
ａｃｎｒｌｍｏｌｏｈａｉｆｓｅｏｐａｄｃｒｅｔｌｏｏｔｏｄｅｎｔｅｂｓｓｏｐｅｄｌｏｎｕｒｎｏｐ，ｓｌ－ａａｔｏｕｚｙＰＩｃｎｒｌｍｏｌｉ — ｅｆｄｐｉｎｆｚｏｔｏｄｅｓａ
关键词：模糊自适应控制直流无刷电动机中图分类号：Ｍ３Ｔ３文献标识码：ＡＰ控制器Ｉ智能控制
ＡｐｌａｉｎｏｕｚｅｆａａｔｎＰＩｏｔｏｎｂｕｈｅｓＤＣｐｉｔｆｚｙｓｌｄｐｉｎｒｌｒｓｌｓｃｏｆ－ｏｃｏｍｏｏｐｅｅｕａｉｇｓｓｅｔｒｓｅｄｒｇｌｔｙｔｍｎＨａｕｎＴＮｕ，ＩｉｔｇＵＦｈａ，ＡＧＪｎＱＵＸａｏ ② ｏｎ（ＳｈｏｏｅｈｎｃｌＥｅｔｃｌｎｉｅｒｇＪｎｘＵｉｒｉｆ ① ｃｏｌｆＭｃａｉａ＆ｌｒａＥｇｎｅｉ，ｉｇｉｎｖｓｙｏｃｉｎａｅｔ

开关模糊神经PID控制的无刷直流电机仿真

摘要：无刷直流电机是一种时变性的、非线性的以及强耦合性的系统。对于控制精度要求高的场合，传统的ＰＩＤ控制难以满足对无刷直流电机控制的性能要求。模糊ＰＩＤ控制器虽然具有一定的自适应性，但是模糊规则主要靠经验制定具有一定局限性。为解决上述问题，研究了基于双闭环的开关模糊神经ＰＩＤ控制的无刷直流电机，该方法综合了模糊、神经网络和ＰＩＤ的优点，具有适应能力强，控制精度高，专家知识利用较好等。仿真结果表明模糊神经ＰＩＤ控制相对于模糊ＰＩＤ具有转速响应快、超调量小、抗干扰能力强等优点。关键词：无刷直流电机；模糊神经网络；仿真；双闭环
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＣｈｉｎａＪｉｌｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨａｎｇｚｈｏｕＺｈｅｊｉａｎｇ３１００１８，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＰ２来自７３＋．４文献标识码：Ｂ
ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｗｉｔｃｈＦｕｚｚｙＮｅｔｗｏｒｋＣｏｎｔｒｏｌｏｆＢＬＤＣＭ
ＬＩＵＹｕ —ｈａｎｇ
ｖｅｒｓｈｏｏｔ，ａｎｄｓｔｒｏｎｇａｎｔｉ－ｉｎｔｅｆｒｅｒｅｎｃｅａｂｉｌｉｔｙ．
ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒ；Ｆｕｚｚｙｎｅｔｗｏｒｋ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｄｏｕｂｌｅｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐ

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ＥＣ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｜ＡＡｊ。
（３）
无刷直流电机电压平衡方程式如下表示：
２自适应模糊ＰＤ控制器的设计Ｉ
２１０１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
２１自适应ＰＤ模块设计．Ｉ
智能控制。
⑥
２１ＳｉｅｈＥｇｇ０ｃＴｃ．ｎｒ．１．
机电技术
基于自适应模糊ＰＤ无屈直流电机控制研究ＩＪＩ
蒋旭益王立标
（台州学院机械工程学院，台州３８０１００）
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ＰＤＩ鲁棒性
中图法分类号Ｔ３３４；Ｍ８．１
文献标志码
Ａ
无刷直流电机（ｒｓｌｓＤｏｏｓＢＤＭ）ＢｕｈｅＣＭｔ，ＬＣｓｒ
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

能够克服非线性因素的影响，调节对象的参数对变化具有较强的鲁棒性Ｊ但模糊规则的总结和，
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（ｕｚｏ— 短模ＦｚＣｎｙｔ１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２ｊ
控制。针对无刷直流电机（ＬＣ提出了一种基于ＨＤ模型的转速控制方案，ＢＤＭ）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，

模糊自整定PID控制的仿真分析

模糊自整定PID控制的仿真分析本文针对于被控对象模型难以建立，参数不易整定的某些被控系统，利用常规PID在工业领域应用成熟，控制精度高的优点，同时结合模糊控制不需要精确建模、鲁棒性强、容错能力强的特点。

在常规PID控制基础之上，利用模糊控制进行模糊推理，实现PID参数的在线自整定。

利用MATLAB对模糊自整定PID进行仿真分析，仿真结果表明，模糊自整定PID，在响应速度、超调量、稳定性都比常规PID有着明显的提高。

标签：模糊控制; PID控制; 参数自整定; 仿真0 引言自PID控制理论诞生已70余年发展历史，它以结构简单、稳定性好、工作可靠、参数调整简单成为现代工业控制的主要理论之一。

但当被控对象的参数以及结构不能完全掌握或难以精确建立数学模型时，系统控制器的结构和参数必须通过工作人员的丰富经验以及现场试参法来进行确定。

模糊控制适用于模型难以建立、非线性、参数高度耦合、高迟滞的系统。

利用模糊理论在参数整定的优势特点，同时充分发挥PID控制器的优良控制作用，将提高对参数难以整定、耦合度高的被控对象的控制精度。

1 模糊自整定PID 控制器的整体设计1.1 PID 控制原理简介由比例环节、积分环节以及微分环节组成的，通过各环节组成的线性结构对给定输出与实际输出之差进行调节，使执行机构最终达到预定输入量的控制思想被称之为PID控制理论。

图1 PID控制原理框图。

（1）在式（1）中，Kp、Ki以及Kd为PID控制理论三个重要参数，分别表示为比例环节的增益，是无量纲参数;Ki为积分环节的参数，Kd为微分环节增益参数，单位为s。

这些参数需要根据系统状态进行不断调整，主要通过在线辨识方法来完成被控系统参数的整定，最终得到所需的控制结果。

其控制算法为（2）式所示。

Δu（k）=KpΔe（k）+KiΔe（k）+Kd[Δe（k）-Δe（k-1）] （2）（2）式中，为其积分系数，为其微分系数，T为其采样周期。

1.2 模糊控制基本原理模糊控制是基于工程技术人员丰富操作的经验或大量实际操作数据归纳总结出的，用自然语言来表述的，采用编程语言通过计算机控制系统可以实现的算法思想。

无刷直流电机模糊PID智能控制的建模方法及仿真

1. 2 PID 智能控制系统仿真模型的建立
本无刷直流电机的调速系统采用双闭环调节。内环 (电流环) 采用三角波比较控制方式的滞环调节 ,滞环控制器工作原理简单 ,响应速度快 ,能对电压波动起到及时抗扰作用。外环 (速度环) 采用模糊 PID 调节 ,对负载变化起抗扰作用 ,PID 控制器一旦饱和 ,起着饱和非线性的作用 ,其输出幅限值决定于被允许的最大电流。系统的仿真模型在 Matlab7. 0/ Simulink[4]上构建 ,利用 Simulink 建立仿真模型如图 1 所示。
1 . 1 无刷直流电机的数学模型
无刷直流电机的工作离不开电子开关电路 ,因此电动机本体、控制电路和电子开关电路三部分组成了无刷直流电机控制系统[2 ,3] 。为了便于分析 , 先作如下假设 :
1) 三相绕组完全对称 ; 2) 忽略齿槽、换相过程和电枢反应等影响 ;
3) 不计涡流和磁滞损耗 ;
无刷直流电机是随着电力电子技术及新型永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机。它实际上是一个由电动机本体、功率管主回路及转子位置传感器等部分组成的闭环系统。无刷直流电机采用电子换相器替代直流电机的机械换相器 ,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 ,既有直流电机的良好调速特性 ,又有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便的特点 ,再加上其体积小、速度高、可靠性好等优点 ,目前 ,无刷直流电机得到了广泛的应用。随着无刷直流电机在工业应用领域的推广 ,比如伺服系统和调速驱动系统中 ,对系统的动静态性能和控制精度要求越来越高[1] 。
ua
0 r 0 ib + eb + ub
( 4)
0 0 r ic

自适应模糊PID控制的无刷直流电机及仿真分析

自适应模糊PID控制的无刷直流电机及仿真分析文章通过对于自适应模糊PID控制的无刷直流电机和仿真技术进行了全面的分析，并且根据相关的理论基础建设了永磁无刷直流电机的相关数学模型，并且通过这个数学模型来转换成为电流双闭环调速控制系统。

通过对于PWM进行的调节来达到转矩脉动减少的条件，从而保证模糊控制器与PID控制器能够各自适应相互之间的因子结合方式，并且通过自调节控制参数来不断完善PID控制器的相关理论功能。

进一步提高PID的操控精度，而且还能够将MATLAB中的Fuzzy Toolbox和SIM ULINK以及Power SystemBlockset进行有机会结合，从而适应模糊PID控制的自适应，进一步提高了控制系统的准确度。

通过PID与控制器之间的计算仿真，能够进一步使该方法得到比较有效的精度控制。

标签：模糊控制；自适应PID控制器；无刷直流电机；调速系统永磁无刷直流电动机通常简称为BLDCM，主要的工作原理就是通过电子变换器或者逆变器来使得直流电动机替代机械换向器，从而进一步完成直流转换成为逆流的逆变过程。

通过将位置传感器的控制绕组电流进行不断地切换与控制，进一步使无刷直流电动机能够保证良好的电机控制与动静相关调速的功能，而且还会避免有刷结构存在的固有缺陷。

无刷直流电动机因为具有体积小、效率高、控制力强、操作简单、使用便捷的特点，能够在伺服系统中得到比较广泛的应用，并且永磁无刷直流电动机的工作系统主要是1台自控制永磁同步电动机的调频系统。

这样就能够保证与普通的变频交流控制器有所区别。

而且永磁无刷直流电动机主要是一个多变量、强耦合、非线性、多变化的复杂结构。

这样就使得无刷直流电动机要远比普通直流无刷电动机复杂。

目前在国外对于永磁无刷直流电动机进行了很多方面的专业研究，并且提出了很多的观点。

文章通过对于无刷直流电动机的自模糊PID控制来与其他方面的模糊控制进行了模糊推理与信息处理工作，并且进一步增添了人工智能在線学习的功能，从而保证了能够有效的控制系统的非线性或者不确定的因素。

无刷直流电机模糊PID控制系统研究与仿真_王葳

图2
转速、电流双闭环系统设计框图
控制系统中的转速调节采用模糊 PID 控制，其结构如
图1 无刷直流电动机的动态特性框图
图3
［2 ， 3， 8 ］
。
BLDCM 的动态方程如下： U－E = L dI a dI a + RI a = （ T + Ia ） R dt dt dΩ dt （ 1）（ 2）（ 3）
Te = Cm Ia = KI Ia Te － Tl = J 其中， L 为绕线电感； R 为绕线电阻； I a 为定子相电流； U 为系统给定电压； T = L / R为电枢回路电磁时间常数； E = K Ω Ω 为额定励磁下电机的反电动势； T e 为电磁转矩； K I 为转矩系数； C m = T e / I a 为电机额定励磁下的转矩电流比； J 为电机转动惯量； T l 为负载转矩。在零初始条件下对（ 1 ）式进行拉氏变换可得： U（ S）－ E（ S） = （ TS + 1 ） RI a （ S）整理得传递函数为： U（ S）－ E（ S） TS + 1 = 1 /R I a （ S）
［5 ， 6 ］
பைடு நூலகம்，系
模糊 PID 参数自整定基本原则
：
1 ）当系统偏差（ | e | ）较大时，为使系统尽快消除偏差，不管 e c 的符号如何都应取较大的 K p 和 K I ，以达到快速缩小偏差的目的。如果此时偏差和偏差变化率符号相反，则应取
— 197 —
表2 e NB NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NM NM Z Z NM NB NB NM NM NS Z Z
Study and Simulation of Fuzzy － PID Control System of BLDCM

基于自适应模糊PID智能车用直流电机控制器仿真研究

基于自适应模糊PID智能车用直流电机控制器仿真研究智能车是一种集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统，具有时变且非线性特点。

其中控制算法对智能车起着关键作用，传统的PID 控制难以得到很好的效果。

采用自适应模糊PID 控制算法可以使系统具有很好的动态响应性能，并且可以对PID 参数进行在线自调整，提高了系统的适应性和鲁棒性，改善了系统的稳态误差和效率，并使其抗干扰能力明显提高。

1 自适应模糊PID 控制器自适应模糊PID 控制器结构如图1 所示，自适应模糊PID 是在PID 算法的基础上，通过计算当前系统误差e 和误差变化率ec，利用模糊规则进行模糊推理，查询模糊矩阵表进行在线参数调整。

本系统通过增量式旋转编码器对速度进行检测，经过信号转换与单片机进行通信，将输入给定信号r 与反馈信号y 进行比较得到误差信号e 和误差变化率ec，并找出PID 3 个参数与e 和ec 之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e 和ec，根据模糊控制原理对3 个参数进行在线修改，以满足不同e 和ec 时对控制参数的不同要求，使被控对象有良好的动、静态性能。

自适应模糊PID 控制器以e 和ec 作为输入,可以满足e 和ec 对PID 参数自校正自调整的要求。

从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等方面来考虑,kp、ki、kd 的作用如下[1]：(1)比例系数kp 的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。

kp 越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至导致系统不稳定；kp 取值过小，则会降低调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间,使系统静态、动态特性变坏。

(2)积分作用系数ki 的作用是消除系统的稳态误差。

ki 越大，系统的稳态误差消除越快，但ki。

自适应模糊pid直流无刷电机调速系统设计

自适应模糊PID直流无刷电机调速系统设计1. 概述在现代工业生产中，电机调速系统的设计和应用已成为一个重要的研究课题。

直流无刷电机具有体积小、效率高、响应快等优点，被广泛应用于各种领域。

而PID控制器作为一种经典的控制器，具有稳定性好、鲁棒性强等特点。

然而，传统PID控制器在面对系统参数变化、非线性系统等问题时存在一定局限性。

本文提出了一种自适应模糊PID直流无刷电机调速系统设计，旨在提高控制系统的鲁棒性和适应性。

2. 直流无刷电机调速系统的基本结构直流无刷电机调速系统通常由电机、传感器、控制器和执行机构等组成。

其中，控制器起着决定性的作用，它接收传感器反馈的信息，并根据事先设定的控制策略调节执行机构，从而实现对电机速度的精确控制。

常见的控制器包括PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等。

3. 自适应模糊PID控制器的原理自适应模糊PID控制器是一种结合了模糊控制和PID控制的新型控制器。

它可以根据系统的实时状态和参数变化，自动调整控制参数，从而提高控制系统对变化环境的适应能力。

其基本原理是将模糊逻辑推理和PID控制相结合，通过模糊化、模糊推理和解模糊等过程，得到控制量的输出，并根据输出调整PID控制器的参数，使控制系统更加灵活和鲁棒。

4. 自适应模糊PID直流无刷电机调速系统设计在设计自适应模糊PID直流无刷电机调速系统时，首先需要对电机和传感器进行建模和参数识别，以获取系统的动态特性和非线性特性。

根据系统的特性和要求，设计模糊控制器的模糊集、模糊规则库和解模糊方法，确定模糊控制的范围和边界。

接下来，结合PID控制器的特点和系统的动态响应，设计合适的PID参数整定方法，并将PID控制器与模糊控制器相结合，形成自适应模糊PID控制器。

通过仿真和实验验证，对系统的性能进行评估和优化。

5. 实验结果与分析通过对自适应模糊PID直流无刷电机调速系统的设计和实验，我们得到了以下实验结果和分析：(1) 自适应模糊PID控制器能够有效地克服系统参数变化和非线性因素的影响，使系统具有更好的鲁棒性和适应性。

4模糊PI控制的无刷直流电机调速系统仿真

收稿日期：２００８—０７—３１修回日期：２００８—０９—０３
一１８６一
万方数据
不能提高很好的控制性能。为了进一步提高ＢＬＤＣＭ调速系统的快速性、稳定性和鲁棒性，智能控制方法得到了越来越多的关注，成为目前的一个研究热点，其中模糊控制正是智能控制中应用广泛、最为常见的方法之一【ｌ—Ｊ。
模糊控制具有很强的非线性映射功能，广泛应用于系统辨识等诸多方面，具有不依赖于系统模型参数、鲁棒性强的特点。本文介绍了参数自整定模糊ＰＩ控制方法，即：由传统的ＰＩ控制与模糊控制相结合的新型控制方式，这种控制方式结合了模糊推理处理未知信息能力和人工智能在线学习优点，能够有效地处理控制系统的非线性和不确定性，在线实时调整ＰＩ参数。仿真实验表明，这种新型的智能控制方法响应快、无超调，与传统ＰＩ控制方法相比具有更好的动静态性能、控制精度以及鲁棒性。
对于误差ｅ，误差变化ｄｅ／ｄｔ及控制量群，Ｋ的模糊集及其论域定义如下：ｅ的模糊集为：
｛ＮＢ，ＮＳ，ＮＯ，Ｐｏ，ＰＳ，ＰＢ｝
一１８８～
万方数据
图５输入偏差变化率的隶属度函数
Ｃ
ｊ
３
４
：
ｂ
’
８
ｌ
围６输出变■坼和墨的隶属度函数
４．２．２模糊控制查询表模糊控制查询表是模糊控制器的设计核心，根据电机控
制经验（参见４．１）和大量的模拟仿真得到了模糊控制规则集，见表ｌ（表中ＫＩ控制系数顺序为：Ｋ、Ｋ）。
表１模糊控制查询表
５仿真结果
本文采用的ＢＬＤＣＭ参数是：功率１５ｋＷ，额定转速７５００ｒ／ｍｉｎ，直流稳压源２７０Ｖ，负载转矩１０Ｎ．ｍ，转动惯量０．０００２ｋｇ．ｎ１３，电动势常数０．２６１４，（Ｌ—Ｍ）为０．０００１Ｈ，电机相电阻为１４ｒａｆｔ，极对数为２，每极磁通量０．００４５８６Ｗｂ。

无刷直流电机自适应模糊PID控制系统

［摘要］本文通过对无刷直流电机的工作原理进行分析，将自适应模糊整定ＰＩＤ方法与其相结合，建立了计算机仿真数学模型，研究其稳定性、控制精度以及动态响应速度。［关键词］无刷直流电机自适应模糊ＰＩＤ控制中图分类号：ＴＰ３０２．Ｉ文献标识码：Ａ文章编号：１００９ — ９１４Ｘ（２０１４）２５ — ００５３－０１
无刷Ｉ流电机的工作原理无刷直流电机是机电一体化产品，主要是由电机、换相电路和传感器构成。本文基于全桥逆变器，在工作方式上选取上桥臂ＰＷＭ控制、下桥臂恒通。建立无刷直流电机的动态方程程式中，Ｌ、Ｒ山、Ｕ、Ｅ、Ｔｅ、Ｋ１、Ｊ、Ｔ１分别代表的是绕线电感、绕线电阻、定子相电流、设定参考电压、额定励磁下电机反电动势、转矩力、转矩系数、电机转动惯量、负载转矩。根据以上三个方程，得到的无刷直流电机传递函
①如果出现偏差Ｉｚｅｌ略大的时候，无论ｘ怎样，都取略大的ｌ（ｎ和１（｛，达到
以最短时间内降低偏差。如果ｘ．Ｘ大于Ｏ，就选择略小的，或者是等于Ｏ；如果ｘｏｘｊｂ－ＴＯ时，就选择略大的，达到避免偏差进一步加深的。
Ｕ０）一占），数是： — 一
（一）控制策略。