文章編號：1671 7848(2010)05_0599-04
李紅偉(西南石油大學電氣信息學院．四川成都610500)
摘 要：為了改善無刷直流電機(BLDCM)的調速性能，研究了基于變論域思想的自適應模糊PID控制器及其在BLDcM控制系統中的應用，變論域自適應模糊控制對模型無精確要求、速度快、精度高、魯棒性好、適應性強．詳細分析了BLDcM電機模型的建立、控制結構設計、伸縮因子的選擇等，給出了具體的控制算法設計，并在Matlab仿真平臺下，構建了BLDcM的電流、轉速雙閉環控制的仿真系統，其中，轉速環采用了變論域自適應模糊P1I)控制器。仿真結果表明，與常規PID控制和普通模糊PID控制相比，采用變論域自適應模糊PID控制時，轉速輸出無超調，響應速度快，轉矩脈動小，控制精度高，為無刷直流電機在軍事、辦公設備、家電等需要快運、高精度控制、抗擾能力強的場合的應用提供了一種有效的解決方案。
關鍵詞：無刷直流電機；變論域；模糊PID控制器；伸縮因子；控制系統
中圖分類號：TP 27 文獻標識碼：A
1引 言
無刷直流電機(BLDcM)體積小、重量輕、結構簡單、維護方便，在許多領域得到看廣泛的應用{1}�？焖傩�、穩定性和魯棒性的好壞是衡量電機控制性能的重要指標，而要使系統精度高、穩定性好和抗干擾能力強，采用合適的控制方法至關重要{1-2}。BLDcM具有很強的非線性特性，常規HD控制研究的是線性時不變的控制問題，且參數事先整定，不能隨被控對象的變化而調整，導致系統穩態精度和抗干擾性不高{3} 為了提高BLDcM調速系統的性能，智能控制成為一個重要的發展方向和研究熱點{4-6}。其中，模糊控制是應用****泛、最常見的方法之{2.5}，但普通模糊控制由于本身消除系統穩態誤差的性能比較差，難以獲得較高的控制精度，且模糊控制一旦設計確定，其結構就不能在線修改，因而自適應能力有限。
文獻[7-8}提出的變論域自適應模糊控制器對被控對象模型無精確要求、速度快、精度高、魯棒性好、適應性強不但有高精度的特點，而且在可變論域的觀點下，模糊控制器的設計也變得簡單易行。本文將變論域自適應模糊控制器應用于BLDcM控制系統中．討論了變論域控制結構設計、伸縮因子的選擇等，并給出了具體的控制算法設計過程，最后在MaTlab仿真環境下建立了基于變論域自適應模糊PID控制的BLDcM控制系統，仿真結果顯示了本控制算法的有效性。
2 BLDCM仿真模型
根據無刷直流電動機轉子電角度口(theta)，用sin函數生成三相互差120。電角度的正弦波，再將這些正弦波通過上下限幅設為0．5和一O．5的限幅模塊saturafion，得到幅值為O．5平頂波寬為120。
的近似三相梯形波，再乘以二倍的電勢時間常數k，和電氣角速度w(omiga)就是所求反電動勢。把各子系統模型連接并封裝后的電機模型見后文中的BLDc模塊，輸人為三相電壓和負載轉矩信號，輸出包含定子繞組三相電流、定子繞組三相反電動勢、電磁轉矩、轉速和角速度信號。
3變論域自適應模糊PID控制設計
1)控制器結構及伸縮因子設計變論域自適應模糊P1D控制器的實質就是在模糊邏輯實時整定PID控制器的基礎上，加入變論域的思想，使得輸入和輸出的基本論域隨著控制需求按照一定的準則進行實時自適應性伸縮變化，進而定義在基本論域上的模糊劃分也隨之變化，從而達到提高控制性能的作用。{7-8}。
采用變論域自適應模糊控制應控制的轉速調節器結構，如圖2所示。
輸入變量為轉速偏差和轉速偏差的變化率。
論域調整規則為，放大量化因子相當于收縮輸入論域，縮小量化因子相當于擴大輸入論域；縮小比例因子相當于收縮輸出論域，放大比例因子相當于擴大輸出論域。而關鍵就在于怎樣確定論域伸縮的合理機制，即確定適當的伸縮因子，使最終的控制效果能夠****限度滿足要求，常用選擇基于函數模型的伸縮因子{7.8.11}。
2)變論域自適應模糊HD控制器具體實現①模糊PID控制器設計速度模糊PID控制器采用Mamdani模糊推理方法，輸入變量為給定轉速與反饋速度的誤差e、誤差的變化ec取7個語言變量{負大、負中、負小、零、正小、正中、正大}，輸入輸出變量的模糊子集均為{NB，NM，Ns，z，Ps，
其中，模糊PID基本結構同前，沒有發生變化，只是增加了與變論域自適應模塊相連接的改變量化因子和比例因子的伸縮因子“接口”部分，實現模糊論域的實時自適應調整。
4仿真與分析
對于輸出論域的伸縮因子，考慮kp，ki．和kd對控制性能的影響，采用原則為：輸出變量＆。和kd的伸縮因子應具有與誤差的單調一致性，而輸出變量E．的伸縮因子則具有與誤差的單調反向性，亦即輸出淪域的伸縮因子應使得輸出變量kp和ki，適當大，Kd適當小，為此把式(6)簡化后�。�
從圖(a)，圖(b)可見，輸出的波形都很理想，與理論分析基本一致，仿真結果表明所建立的模型是準確行之有效的。
轉速環采用常規PID控制器、普通模糊PID控制器和變論域自適應PID控制器時轉矩響應輸出曲線，如圖7所示。
與常規PID控制器相比，采用普通模糊PID和變論域自適應模糊PID控制器轉速輸出均無超調，但變論域自適應模糊PID控制器具有更快的響應速度和更高的控制精度，具有較強的自適應能力。同時由圖中的放大圖形可見，遇到擾動時，相比其他兩種方式，采用變論域適應模糊PID控制器時系統響應波動最小，過渡時間最短。
5結語
變論域自適應模糊PID控制方法是在模糊控制和PID控制的基礎上，引入變論域思想，并通過對輸入輸出變量加入伸縮因子的方式來實現，仿真結果表明，把變論域自適應模糊PID應用到無刷直流調速電機控制系統設計中，選取基于函數模型的伸縮因子，取得了較好的效果，相對于常規PID控制和模糊PID控制，控制系統快速性好，無超調，轉矩脈動小，控制精度高，突加負載后速度變化小、穩定快，性能得到了很好的改善，自適應能力和抗干擾能力明顯增強，顯示了這種控制策略和方法的有效性，為無刷直流電機應用于軍事、辦公設備、家電等需要快速、高精度控制、抗擾能力強的場合提供了一種有效的解決方案，具有很強的工程實踐意義和參考價值。
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