基于模糊自適應adrc的無刷直流電機電流控制
權東，全力
（江蘇大學電氣信息工程學院，鎮江212013）
摘要：針對傳統pid控制下無刷直流電機電流脈動較大，轉矩脈動顯著的問題，在研究電機數學模型和自抗擾控制器原理基礎上，提出一種基于模糊自適應adrc的無刷直流電機電流控制器。采用模糊推理方法對adrc參數在線自整定，將電機電流脈動等視為系統的未知干擾，利用該文設計的控制器以改善饋電電流波形，抑制電機轉矩脈動。實驗結果驗證了所提出控制方案的有效性，是一種新型的無刷直流電機電流控制方式。
關鍵詞：無刷直流電機；電流；模糊自適應；自抗擾控制器
中圖分類號：tm36 +1; tm273+ 2 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)0i-0073-04
0引言
無刷直流電機是一個多變量非線性系統，由于電樞反應的非線性、換相續流等多方面原因，其電流脈動比較明顯；實際控制中，難以得到理想方波電流，限制了其在精度較高的伺服系統中應用。傳統pid控制直接選取誤差作為控制信號，導致響應快速性與超調性矛盾的出現；且其本身自有的相移效應亦對要求反電勢、電流同相控制的無刷直流電機控制不利。針對這一問題，神經網絡、傅里葉分析、預測控制及滯環控制等被用于無刷直流電機控制以改善電機運行性能，并取得了一定的效果。
自抗擾控制器( adrc)由跟蹤微分器(td)方程，擴張狀態觀測器(eso)方程，非線性狀態誤差反饋( nlsef)方程組成。該控制器能自動檢測系統模型的實時作用并予以補償，控制對象參數發生變化或遇到不確定擾動時都能得到很好的控制效果，具有較強的適應性和魯棒性，并已成功應用于一些系統的控制。針對adrc非線性反饋參數不易在線合理整定問題，結合模糊推理與ad-rc的優勢，本文研究了一種基于模糊自適應ad-rc控制策略，并將其應用于無刷直流電機電流調節器的設計，以期提高系統魯棒性，達到減小電流脈動的目的。在自建樣機實驗平臺上進行了實驗研究，實驗結果充分驗證了該控制方案有效性，能較好地改善饋電電流波形，抑制電磁轉矩脈動。
1 無刷直流電機數學模型
研究星形連接的表貼式隱極無刷直流電機，為了簡化分析，作出以下假設：
①定子繞組為相帶整距繞組；
②不考慮齒槽效應和磁路飽和；
③忽略磁滯、渦流、集膚效應和溫度對參數的影響；
④三相定子繞組對稱。
無刷直流電機電壓平衡方程式：
電磁轉矩方程：
機械運動方程：
2 自抗擾控制原理
自抗擾控制器( adrc)是在對經典pid控制器進行反思后，提出的一種的改進型非線性pid控制器結構，由跟蹤微分器(td)、擴張狀態觀測器(eso)、非線性狀態誤差反饋( nlsef)控制律三部分組成。以二階受控對象為例，adrc結構如圖l所示。
二階td安排過渡過程并提取其各階微分信號，即參考輸入產生2個輸出信號，是根據對象能力與控制需要安排的光滑過渡過程的近似微分。
三階eso由被控對象的輸出y(t)來估計對象的狀態變量和對象總擾動的實時作用量（系統模型和外擾動的估計）。誤差經非線性組合，得到輸出：
自抗擾控制器能自動檢測系統模型的實時作用并予以補償，控制對象參數發生變化或遇到不確定擾動時都能得到很好得控制效果，故其自適應性和魯棒性較好。
3模糊自適應adrc設計
adrc控制參數的合理選取對其控制性能具有較大的影響。其中，非線性反饋比例系數p1與微分增益島的整定主要依靠設計 |
