無刷直流電機調速系統模糊神經元PID控制

周曉華+張銀+王荔芳+李振強

摘 要： 針對傳統PID控制應用于無刷直流電機調速系統存在調節時間長、動態調節特性差及抗干擾能力弱等問題，提出一種基于模糊神經元PID控制的無刷直流電機調速系統設計方法。首先采用神經元控制、比例控制和模糊控制設計了一種可在線調整參數的模糊神經元PID控制器，然后再用其設計無刷直流電機調速系統的轉速調節器。仿真結果表明，基于模糊神經元PID控制的無刷直流電機調速系統具有響應速度快、動態和靜態調節性能好、自適應能力和抗干擾能力強等優點。

關鍵詞： 無刷直流電機； 模糊控制； 神經元控制； 比例控制

中圖分類號： TN876?34； TM301.2 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）23?0140?04

Abstract： Since the BLDCM speed regulation system based on traditional PID controller has the problems of long regulation time， poor dynamic regulation characteristic and anti?interference ability， a design method of BLDCM speed regulation system based on fuzzy neuron PID control is proposed. The neuron control， proportional control and fuzzy control are adopted to design a fuzzy neuron adaptive PID controller with parameter online regulation. On this basis， a speed regulator of BLDCM speed regulation system was designed. The simulation results show that the BLDCM speed regulation system based on fuzzy neuron PID control has the advantages of fast response speed， good static and dynamic regulation characteristics， strong anti?interference ability and adaptive ability.

Keywords： BLDCM； fuzzy control； neuron control； proportional control

0 引 言

無刷直流電機（Brushless DC Motor，BLDCM）具有簡單的結構、良好的機械特性以及優越的調速性能，被廣泛應用在電動汽車、航空航天、伺服控制及機器人等工業領域中。由于BLDCM具有較強的非線性以及強耦合等特點，使得基于傳統PID控制的BLDCM調速系統存在調節時間長、抗干擾能力差等問題。為了改善BLDCM調速系統的控制性能，模糊自適應PID控制被應用到BLDCM調速系統的設計過程中[1?3]，根據BLDCM調速系統的實際響應情況，模糊控制通過運用模糊推理實現了對傳統PID控制器參數的自動在線調整功能，從而獲得了較為滿意的調速性能。文獻[4]采用神經元控制和比例控制設計了一種神經元變結構PID控制器，然后再用一個神經元調整此神經元變結構PID控制器的參數，并將其用于BLDCM調速系統的設計中，獲得了較好的控制效果。在文獻[4]的基礎上，本文對控制算法進行了改進，先采用神經元控制和比例控制設計了一種神經元PID控制器，同時取消了變結構環節，然后用模糊控制實現對神經元PID控制器參數的在線調整功能，最后將其用于BLDCM調速系統轉速調節器的設計中。在Matlab/Simulink仿真環境下對基于模糊神經元PID的BLDCM調速系統進行了建模和仿真。結果表明，所提出的BLDCM調速系統轉速調節器設計方法可獲得更好的控制效果。

1 BLDCM調速系統結構

本文采用的BLDCM調速系統控制原理框圖[4]如圖1所示，電機采用兩相導通星形三相六狀態BLDCM。BLDCM調速系統的轉速調節器采用模糊神經元PID控制器進行設計，其結構見圖1虛線框內部分。

BLDCM調速系統基本原理：參考轉速[n*]與電機實際轉速[n]比較后的轉速誤差由轉速調節器進行調節，并輸出直流調壓電源的電壓，以實現三相逆變電路輸出電壓的調節[5?6]。門極控制模塊檢測BLDCM內置霍爾傳感器的三相霍爾信號，然后通過解碼器解碼并獲得電機當前時刻與霍爾信號對應的三相定子反電動勢信息，最后根據三相定子反電動勢信息產生6路同步信號以控制三相逆變電路6只IGBT開關的通和斷，最終實現對BLDCM的換相和控制。

2 模糊神經元PID轉速調節器設計

2.1 神經元PID控制器

4 結 語

本文采用神經元控制、比例控制和模糊控制設計了一種無刷直流電機的模糊神經元PID轉速調節器，并以此建立了無刷直流電機調速系統的Matlab/Simulink仿真模型。通過電機在空載起動及運行過程中突增負載轉矩的仿真實驗，得出模糊神經元PID轉速調節器優于神經元變結構PID轉速調節器的結論。由仿真結果可以看出，基于模糊神經元PID轉速調節器的無刷直流電機調速系統具有較快的響應速度、良好的動態和靜態性能，以及較強的自適應能力和抗干擾能力。

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