无刷直流电机自适应模糊控制
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Electrical Automation
电气传动和自动控制
Electric Drive ＆ Automatic Control
《
电气自动化
》2013
年第
35
卷 第
5
期
无刷直流电机自适应模糊直接转矩控制研究
陈锟
，
杨晓洪
，
王剑平
，
张果
，
余晓光
（
昆明理工大学信息工程与自动化学院
，
云南 昆明
650500）
摘 要
：
针对无刷直流电机
（ B LDCM）
转矩脉动较大和传统
PI
速度环调节能力差的问题
，
提出了自适应模糊直接转矩控制的策略
。
集
成了转矩直接控制和模糊控制自适应强的优点
，
可以有效抑制转矩脉动和加快转矩响应速度
。
同时将传统的
PI
速度调节器
替换成模糊
PID
调节器
，
速度环根据转速偏差和转速偏差的变化率
，
模糊在线调节
PID
参数
，
使系统较好地实现速度参考自适
应调节
，
由此获得更精确的转矩给定
，
提高系统抗负载扰动能力
。
通过进行
MATLAB
仿真实验
，
验证控制策略具有转矩脉动抑
制作用
，
同时又提高了系统静动态性能
，
增强了系统鲁棒性
。
关键词
：
无刷直流电机
；
转矩脉动
；
直接转矩控制
；
模糊
PID； MATLAB
仿真
DOI： 10． 3969 /j·issn． 1000 － 3886． 2013． 05． 003
［
中图分类号
］ TP273 ［
文献标志码
］ A ［
文章编号
］ 1000 － 3886（ 2013） 05 － 0007 － 03
A Study on the Self-adaptive Fussy Direct Torque Control over Brushless DC Motors
CHEN Kun，YANG Xiao-hong，WANG Jian-ping，ZHANG Guo，YU Xiao-guang
（ College of Information Engineering and Automation，Kunming University
of Science and Technology，Kunming Yunnan 650500，China）
Abstract ： With respect to the big torque ripple of br ushless DC motor（ BLDCM） and poor adjustability of traditio na l PI speed loop，an adaptive
fuzzy direct torque control strategy is proposed to integrate the high a da pt ability of direct to rque control and fuzzy control to suppress
torque ripple eff e ctively and quicken to r que response． Furthermore，the conventional PI speed regulated is replaced by a fuzzy PID
regulator，whereby the speed loop makes a fuzzy on-line adjustment of the PID parameters according to the speed deviation a nd its
change rate for the purpose of better self-adaptive regulatio n by speed refere nc e，so that a more accurate torque may be g iven and the
system resistance to load disturbance． The MATLAB simulation experiment has verified that the control strategy can suppress the
torque ripple，i mprove the static and dynamic performance of the system and e nha nce its robustness．
Keywords： BLDCM； to rque ripple； direct torque control （ DTC） ； fuzzy PID； MATLAB simulation
收稿日期
： 2013 － 02 － 03
基金项目
：
云南省应用基础研究面上项目
（ 2009CD041）
0
引 言
无刷直流电机
（ BLDC）
相对于异步电机来说具有功率因数
高
、
结构简单
、
调速范围宽等优点
［1］
，
在高效节能方面应用得比较
广泛
。
但是无刷直流电机存在电磁因素和电流换相引起的转矩
脉动
［2］
，
同时在传统控制方法下
，
系统抗扰动能力差
，
限制了其性
能发挥
。
直接转矩控制技术
［3 － 4］
按照定子磁场来定向
，
直接利用转矩
误差来进行控制
，
简化了控制环节
，
同时提高了系统静动态性能
。
它首先是应用在异步电机控制上
，
现在针对无刷直流电机结构原
理
［5］
的不同
，
调整各环节计算模型
，
合理选择电压矢量
，
达到减小
转矩脉动的目的
。
模糊控制技术是一种智能控制技术
，
它通过经验的办法来建
模
，
对解决一些非线性系统控制问题具有其独特的优势
。
模糊控
制通常结合
PID
调节技术
［6］
一起使控制系统兼具了很好的静动
态性能
。
在由速度环来给定转矩时
，
传统的办法是通过
PI
控制器调
节速度来获得
，
这种方法不能很好地跟随动态变化过程
，
系统的
速度和转矩适应性不强
。
为了获得更加准确的转矩给定
，
提高系
统对扰动适应力
，
决定使用模糊
PID
控制器替换之
，
这样也使得
系统对负载变化带来的转矩波动有所抑制
。
1
自适应模糊直接转矩控制系统及其转矩模型
如图
1
所示为系统整体结构图
。
图
1
无刷直流电机自适应模糊直接转矩控制框图
直接转矩控制通过转矩调节和磁链调节输出
，
并结合磁链所
在位置产生相应的空间电压矢量
，
控制逆变器开关作用使转矩达
到稳定
。
速度环由模糊自适应
PID
控制器进行在线调节
。
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