摘要：无刷直流电机具有交流电机结构简单，运行可靠，维护方便等优点，又具有直流电机那样良好的调速性能而无机械换向器等优势，得到广泛应用。针对大多数无刷直流电机位置伺服系统采用的是PID控制方式，此控制方式存在系统参数发生变化或带有非线性负载时，其稳态输出特性变差，难以获得满意的控制效果的情况，本文在分析无刷直流电机的模型后，提出一种能根据跟踪误差大小，利用模式切换开关自动切换到PID控制或滑模变结构控制的智能控制方法，从而实现无刷直流电机转子转速的快响应、低超调和高精度控制。

    关键词：直流电机：PID控制；模型；智能控制

O  引  言

    电机调速技术的发展，逐渐形成了由无刷结构代替有刷结构、南数字控制代替模拟控制的局面一因永磁无刷直流电机具有交流电机结构简单，运行可靠，维护方便等优点，又具有直流电机那样良好的渊速性能而无机械换向器等优势，得到广泛应用，在伺服控制、家用电器、计算机外设等方面获得r广泛的应用，在船舰推动、电动汽车以及工业拖动中具有很好的应用前景。但南于实际的无刷直流电机控制系统都存在着不同程度的非线性、时变性、换向效应、参数变化等不确定性，是一个多变量系统，影响了伺服系统的性能，降低了系统的精度。因此，采用PID控制器在系统参数发生变化或带有：非线性负载时，其稳态输出特性变差，难以获得满意的控制效果，从而限制了无刷直流电机的使用范围，因此本文提出将滑模变结构控制与PID控制棚结合的一种无刷直流电机智能控制器，滑模变结构控制器在系统参数变化大和各种非线性扰动强的情况下作用，改善系统的动态特性，提高系统的鲁棒性；而PID控制器则用以改善系统的稳态特性，提高控制精度。 这种控制策略能有效的抑制转矩波动，实现无刷直流电机转子转速的快响应、低超调和高精度控制。

    1无刷直流电机的模型

    无刷直流电机主要由电机本体，位置传感器和电了换向线路(逆变器)等组成，采用稀土永磁瓦形磁钢并合理设计磁路，根据反映转子位置的位置信号，通过驱动电路，驱动逆变电路的功率开关元件，使电枢绕组依一定顺序馈电，从而在气隙中产生步进式旋转磁场，拖动永磁转子旋转。随着转子的转动，转了位置信号依一定规律变化，从而改变电枢绕组的通电状态，实现无刷直流电动机的机电能量转换，可以得到近似方波或梯形波的气隙磁场，定子则由逆变器提供交流方波电流。

    假设：三相绕组完全对称，定子绕组为60。相带整距绕组，星形连接，气隙磁场为理想方波，定子电流、转子磁场分布皆对称；忽略齿槽、换相过程和电枢反应的影响；电枢绕组在定子内表而均匀连续分布。

    2  无刷直流电机的智能控制与仿真分析

    进入70年代，开始研究状态空间线性系统，使得变结构控制系统设计思想得到了不断丰富，并提出了多种变结构设计方法，由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关，这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辩识，物理实现简单等优点，因而带滑动模态的变结构控制被认为是最有发展前途。滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性表现为控制的不连续性，这种控制策略与其它控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定，而是可以在动态过程中根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化，迫使系统按照预定”滑动模态”的状态轨迹运动。由于电子换向线路(逆变器)是电力电子开关器件的变流器，而这些开关器件的动作具有不连续性，是一个天然的变结构系统，变结构系统中滑动模运动具有不变性，即它和系统的摄动性与外干扰无关，因此滑模变结构控制非常适合于在无刷直流电机的控制应用。

对于本系统中控制器不仅仅只在跟踪误差大于环宽时才工作，当跟踪误差小于环宽时，系统的跟踪误差小，滑模变结构控制器的控制作用很小，基本不对系统产生影响，这时系统运行所需的控制作用肩用PID控制算法，PID控制器无超调、快响应的特点能有效抑制跟踪误差；当系统出现大的扰动时，跟踪误差突然变大超过环宽，模式切换开关迅速将控制方式切换到滑模变结构控制器，其作用使跟踪误差迅速减小，随着误差的减小到环宽范围，再切到PID控制器实现转速高精度控制。

3结语

本文分析了无刷直流电机的模型，提出一种智能控制方法，该方法根据跟踪误差大小，利用模式切换开关自动切换到PID控制或滑模变结构控制的工作方式，从而实现系统的快速稳速。仿真和实验结果验证了该方法性能优良，具有快速收敛性和高稳速精度，能够满足无刷直流电机的控制需求。