文章编号：1671 7848(2010)05_0599-04
李红伟(西南石油大学电气信息学院．四川成都610500)
摘 要：为了改善无刷直流电机(BLDCM)的调速性能，研究了基于变论域思想的自适应模糊PID控制器及其在BLDcM控制系统中的应用，变论域自适应模糊控制对模型无精确要求、速度快、精度高、鲁棒性好、适应性强．详细分析了BLDcM电机模型的建立、控制结构设计、伸缩因子的选择等，给出了具体的控制算法设计，并在Matlab仿真平台下，构建了BLDcM的电流、转速双闭环控制的仿真系统，其中，转速环采用了变论域自适应模糊P1I)控制器。仿真结果表明，与常规PID控制和普通模糊PID控制相比，采用变论域自适应模糊PID控制时，转速输出无超调，响应速度快，转矩脉动小，控制精度高，为无刷直流电机在军事、办公设备、家电等需要快运、高精度控制、抗扰能力强的场合的应用提供了一种有效的解决方案。
关键词：无刷直流电机；变论域；模糊PID控制器；伸缩因子；控制系统
中图分类号：TP 27 文献标识码：A
1引 言
无刷直流电机(BLDcM)体积小、重量轻、结构简单、维护方便，在许多领域得到看广泛的应用{1}。快速性、稳定性和鲁棒性的好坏是衡量电机控制性能的重要指标，而要使系统精度高、稳定性好和抗干扰能力强，采用合适的控制方法至关重要{1-2}。BLDcM具有很强的非线性特性，常规HD控制研究的是线性时不变的控制问题，且参数事先整定，不能随被控对象的变化而调整，导致系统稳态精度和抗干扰性不高{3} 为了提高BLDcM调速系统的性能，智能控制成为一个重要的发展方向和研究热点{4-6}。其中，模糊控制是应用****泛、最常见的方法之{2.5}，但普通模糊控制由于本身消除系统稳态误差的性能比较差，难以获得较高的控制精度，且模糊控制一旦设计确定，其结构就不能在线修改，因而自适应能力有限。
文献[7-8}提出的变论域自适应模糊控制器对被控对象模型无精确要求、速度快、精度高、鲁棒性好、适应性强不但有高精度的特点，而且在可变论域的观点下，模糊控制器的设计也变得简单易行。本文将变论域自适应模糊控制器应用于BLDcM控制系统中．讨论了变论域控制结构设计、伸缩因子的选择等，并给出了具体的控制算法设计过程，最后在MaTlab仿真环境下建立了基于变论域自适应模糊PID控制的BLDcM控制系统，仿真结果显示了本控制算法的有效性。
2 BLDCM仿真模型
根据无刷直流电动机转子电角度口(theta)，用sin函数生成三相互差120。电角度的正弦波，再将这些正弦波通过上下限幅设为0．5和一O．5的限幅模块saturafion，得到幅值为O．5平顶波宽为120。
的近似三相梯形波，再乘以二倍的电势时间常数k，和电气角速度w(omiga)就是所求反电动势。把各子系统模型连接并封装后的电机模型见后文中的BLDc模块，输人为三相电压和负载转矩信号，输出包含定子绕组三相电流、定子绕组三相反电动势、电磁转矩、转速和角速度信号。
3变论域自适应模糊PID控制设计
1)控制器结构及伸缩因子设计变论域自适应模糊P1D控制器的实质就是在模糊逻辑实时整定PID控制器的基础上，加入变论域的思想，使得输入和输出的基本论域随着控制需求按照一定的准则进行实时自适应性伸缩变化，进而定义在基本论域上的模糊划分也随之变化，从而达到提高控制性能的作用。{7-8}。
采用变论域自适应模糊控制应控制的转速调节器结构，如图2所示。
输入变量为转速偏差和转速偏差的变化率。
论域调整规则为，放大量化因子相当于收缩输入论域，缩小量化因子相当于扩大输入论域；缩小比例因子相当于收缩输出论域，放大比例因子相当于扩大输出论域。而关键就在于怎样确定论域伸缩的合理机制，即确定适当的伸缩因子，使最终的控制效果能够****限度满足要求，常用选择基于函数模型的伸缩因子{7.8.11}。
2)变论域自适应模糊HD控制器具体实现①模糊PID控制器设计速度模糊PID控制器采用Mamdani模糊推理方法，输入变量为给定转速与反馈速度的误差e、误差的变化ec取7个语言变量{负大、负中、负小、零、正小、正中、正大}，输入输出变量的模糊子集均为{NB，NM，Ns，z，Ps，
其中，模糊PID基本结构同前，没有发生变化，只是增加了与变论域自适应模块相连接的改变量化因子和比例因子的伸缩因子“接口”部分，实现模糊论域的实时自适应调整。
4仿真与分析
对于输出论域的伸缩因子，考虑kp，ki．和kd对控制性能的影响，采用原则为：输出变量＆。和kd的伸缩因子应具有与误差的单调一致性，而输出变量E．的伸缩因子则具有与误差的单调反向性，亦即输出沦域的伸缩因子应使得输出变量kp和ki，适当大，Kd适当小，为此把式(6)简化后取：
从图(a)，图(b)可见，输出的波形都很理想，与理论分析基本一致，仿真结果表明所建立的模型是准确行之有效的。
转速环采用常规PID控制器、普通模糊PID控制器和变论域自适应PID控制器时转矩响应输出曲线，如图7所示。
与常规PID控制器相比，采用普通模糊PID和变论域自适应模糊PID控制器转速输出均无超调，但变论域自适应模糊PID控制器具有更快的响应速度和更高的控制精度，具有较强的自适应能力。同时由图中的放大图形可见，遇到扰动时，相比其他两种方式，采用变论域适应模糊PID控制器时系统响应波动最小，过渡时间最短。
5结语
变论域自适应模糊PID控制方法是在模糊控制和PID控制的基础上，引入变论域思想，并通过对输入输出变量加入伸缩因子的方式来实现，仿真结果表明，把变论域自适应模糊PID应用到无刷直流调速电机控制系统设计中，选取基于函数模型的伸缩因子，取得了较好的效果，相对于常规PID控制和模糊PID控制，控制系统快速性好，无超调，转矩脉动小，控制精度高，突加负载后速度变化小、稳定快，性能得到了很好的改善，自适应能力和抗干扰能力明显增强，显示了这种控制策略和方法的有效性，为无刷直流电机应用于军事、办公设备、家电等需要快速、高精度控制、抗扰能力强的场合提供了一种有效的解决方案，具有很强的工程实践意义和参考价值。
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