摘 要：文章通過對于自適應模糊PID控制的無刷直流電機和仿真技術(shù)進行了全面的分析，并且根據(jù)相關(guān)的理論基礎(chǔ)建設(shè)了永磁無刷直流電機的相關(guān)數(shù)學模型，并且通過這個數(shù)學模型來轉(zhuǎn)換成為電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)。通過對于PWM進行的調(diào)節(jié)來達到轉(zhuǎn)矩脈動減少的條件，從而保證模糊控制器與PID控制器能夠各自適應相互之間的因子結(jié)合方式，并且通過自調(diào)節(jié)控制參數(shù)來不斷完善PID控制器的相關(guān)理論功能。進一步提高PID的操控精度，而且還能夠?qū)ATLAB中的Fuzzy Toolbox和SIM ULINK以及Power SystemBlockset進行有機會結(jié)合，從而適應模糊PID控制的自適應，進一步提高了控制系統(tǒng)的準確度。通過PID與控制器之間的計算仿真，能夠進一步使該方法得到比較有效的精度控制。

關(guān)鍵詞：模糊控制；自適應 PID控制器；無刷直流電機；調(diào)速系統(tǒng)

永磁無刷直流電動機通常簡稱為BLDCM，主要的工作原理就是通過電子變換器或者逆變器來使得直流電動機替代機械換向器，從而進一步完成直流轉(zhuǎn)換成為逆流的逆變過程。通過將位置傳感器的控制繞組電流進行不斷地切換與控制，進一步使無刷直流電動機能夠保證良好的電機控制與動靜相關(guān)調(diào)速的功能，而且還會避免有刷結(jié)構(gòu)存在的固有缺陷。無刷直流電動機因為具有體積小、效率高、控制力強、操作簡單、使用便捷的特點，能夠在伺服系統(tǒng)中得到比較廣泛的應用，并且永磁無刷直流電動機的工作系統(tǒng)主要是1臺自控制永磁同步電動機的調(diào)頻系統(tǒng)。這樣就能夠保證與普通的變頻交流控制器有所區(qū)別。而且永磁無刷直流電動機主要是一個多變量、強耦合、非線性、多變化的復雜結(jié)構(gòu)。這樣就使得無刷直流電動機要遠比普通直流無刷電動機復雜。目前在國外對于永磁無刷直流電動機進行了很多方面的專業(yè)研究，并且提出了很多的觀點。文章通過對于無刷直流電動機的自模糊PID控制來與其他方面的模糊控制進行了模糊推理與信息處理工作，并且進一步增添了人工智能在線學習的功能，從而保證了能夠有效的控制系統(tǒng)的非線性或者不確定的因素。從這些方面來看，永磁無刷電動機自適應模糊PID控制能夠有效地結(jié)合模糊信息處理的相關(guān)優(yōu)點，并且針對各自的有利條件來構(gòu)造新型的PID控制系統(tǒng)，這樣就能夠保證電機端的PWM進行有效地調(diào)節(jié)并且控制。

永磁無刷直流電動機的主電路一共包括三個部分，即電機本體、控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子位置傳感器?？梢哉f，電機三相繞組具有星形連接、無重點引出的特點，而且由于兩項到點的工作方式使得雙極具有斬波的效果。由于永磁無刷直流電機能夠具有梯形反電形式，所以定子與轉(zhuǎn)子之間的功能是相互非正弦感應的，這樣就是去了電機方程由D轉(zhuǎn)換到P軸系方程的意義。如果主要采用狀態(tài)變量的工作方式，能夠非常有效地建立起自適應模糊控制PID的控制模型。

通過根據(jù)一般電機的工作原理，我們能夠?qū)⑷楇娏鬓D(zhuǎn)換為狀態(tài)電流，這樣就能夠進一步得到三相繞組電壓的方程式：其中ua， ub，uc表示的是定子相繞組的電壓，單位是V；Ra，Rb，Rc表示的是定子相繞組電阻，單位是Ω；ia，ib，ic表示的是定子相繞組電流，單位是A；La，Lb，Lc表示的是每相繞組的自感，單位是H；Mab，Mac，Mba，Mbc，Mca，Mcb表示的是三相繞組間的互感，單位是H；ea，eb，ec表示的是每相繞組的反電勢，單位是V；P所代表的是微分算子，其計算公式是P=d/dt。

1 模糊PID控制器的設(shè)計

關(guān)于模糊PID的控制器的設(shè)計首先要明確PID控制算法。因為PID控制算法與傳統(tǒng)的控制算法相比較而言具有實用性強、實時性好、便于操作等優(yōu)點，進一步被廣泛的應用于控制中。如果我們采用模糊PID控制器之后，就一定要準確地找到控制器設(shè)置的正確參數(shù)Kp、TD和TI，PID控制器就能夠根據(jù)這些設(shè)定好的參數(shù)來進行工作。

但是在傳統(tǒng)的設(shè)計過程中由于動態(tài)響應和超調(diào)量技術(shù)指標之間不能夠相互兼容，所以這樣的缺點就導致電機存在著非線性、時變性的不穩(wěn)定條件，導致PID控制效果與預期的效果不相符。如果模糊PID控制器無法確定參數(shù)對象模型，那么它就不會隨著數(shù)值變量的改變而改變，進一步使用語言變量來進行系統(tǒng)的描述。如果按照動態(tài)系統(tǒng)信息以及模糊控制規(guī)則來進行推理，進一步獲得相同的控制變量，這樣就能夠保證模糊PID控制器具有比較強的魯棒性的特點，但是很多情況下都不能夠進行穩(wěn)定的精度控制，對于相關(guān)的研究結(jié)果顯示，F(xiàn)uzzy-PI控制比PID控制更加具有優(yōu)勢，比如更快的動態(tài)響應、更小的超調(diào)。這樣一來就更加突出Fuzzy-PI控制的精度更加準確。通過這樣的研究表明，F(xiàn)uzzy-PI控制更加具有優(yōu)良性以及高精度的模糊控制效果，如果Fuzzy-PI控制能夠得到充分的自適應，那么模糊邏輯在線的系統(tǒng)控制參數(shù)就能夠不斷的完善PID控制器的性能，導致控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出不佳的效果。

2 無刷直流電機控制仿真系統(tǒng)

無刷直流電機控制仿真系統(tǒng)的控制方式以及機理包括很多，首先是關(guān)于速度的調(diào)節(jié)，能夠進一步增強PID控制分離進行調(diào)節(jié)，尤其是在控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的過程中，能夠根據(jù)轉(zhuǎn)速來改變電壓的變化，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無時差的特點，對于負載變化的抗擾功能起到一定的效果。因為PID調(diào)節(jié)器能夠進行調(diào)節(jié)，進一步保證了PID調(diào)節(jié)器對于電流能夠進行非線性的控制，從而保證電流實現(xiàn)恒流調(diào)節(jié)。

電流調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)的功能也可以使用PID控制器進行調(diào)節(jié)，這樣能夠保證響應速度更快，對于電壓的波動調(diào)節(jié)也能夠起到抗干擾的作用。在系統(tǒng)啟動的過程中，由于其輸出的閥值能夠決定最大電流的電壓，所以在保證最大電流下啟動能夠確保運行的響應速度，這樣就能夠保證在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的過程中是電流能夠根據(jù)電壓的變化而變化。通過PMW控制調(diào)節(jié)的方式，能夠保證控制器內(nèi)部的開關(guān)元件T1-T6都能夠得到脈寬調(diào)制，也就是所謂的全橋調(diào)制。

在復合控制器的調(diào)節(jié)下，直流無刷永磁電動機的轉(zhuǎn)速波形呈現(xiàn)出典型的PID控制器的特點，這種控制器具有進度高、震蕩小的特點，但是對于超調(diào)的效果并不是非常出色，而且對于自適應模糊控制器的調(diào)節(jié)能夠造成電機旋轉(zhuǎn)速度響應慢、精度調(diào)節(jié)質(zhì)量低的情況，超調(diào)量也會不斷的下降，但是卻具有很多的振蕩功能。如果是自適應的Fuzzy-PI復合型控制器，那么控制的直流無刷永磁電動機的轉(zhuǎn)速域波形就會呈現(xiàn)出平滑的特點?？梢哉f，F(xiàn)uzzy-PI即具有PID控制器的無振蕩、高精度的特點，而且還具備PID控制器所不具有的響應快、超調(diào)小的特點。

3 結(jié)束語

永磁無刷直流電動機通常簡稱為BLDCM，主要的工作原理就是通過電子變換器或者逆變器來使得直流電動機替代機械換向器，從而進一步完成直流轉(zhuǎn)換成為逆流的逆變過程。文章通過對于自適應模糊PID控制器的無刷直流電機以及仿真性模擬進行了全面系統(tǒng)的介紹，包括了無刷直流電機數(shù)學模型的構(gòu)建、模糊PID控制器的設(shè)計以及無刷直流電機控制仿真系統(tǒng)以及結(jié)果的相關(guān)研究，能夠進一步促進我國關(guān)于永磁無刷直流電機的系統(tǒng)不斷發(fā)展。

參考文獻

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[3]陶永華.新型PID控制及其應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

作者簡介：劉偉?。?990，01-），男，漢族，廣西，碩士，北京航空航天大學航空科學與工程學院，研究方向：模糊PID控制系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理。

姜曉愛，女，高級工程師，北京航空航天大學航空科學與工程學院，研究方向：無人機航電系統(tǒng)設(shè)計、無人機航電系統(tǒng)測試、飛行器數(shù)據(jù)采集與處理。