分析模糊控制在抑制直流無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)中的應(yīng)用

李森

摘 要：根據(jù)直流無(wú)刷電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的最根本原因，采用模糊控制算法，設(shè)計(jì)一種電流控制器，使其采用模糊算法控制非換相電流，實(shí)現(xiàn)降低換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)具有強(qiáng)魯棒性，改善了系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性，有效抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：直流無(wú)刷電機(jī)；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；模糊控制

1、引言

直流無(wú)刷電機(jī)（BLDCM）優(yōu)點(diǎn)眾多，如具有優(yōu)良的調(diào)速性能、不具有勵(lì)磁損耗、性能好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等，所以在工業(yè)中應(yīng)用廣泛[1]。對(duì)于伺服控制系統(tǒng)而言，轉(zhuǎn)矩控制尤為關(guān)鍵，但是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的產(chǎn)生嚴(yán)重阻礙電機(jī)速度控制特性，所以消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是增強(qiáng)伺服控制系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)的核心[2]。使BLDCM出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的因素有許多，如諧波、齒槽效應(yīng)、磁通畸變等等，但使其產(chǎn)生最根本的原因是相電流的換相[3]。本文設(shè)計(jì)一種基于模糊控制的電流控制器，用以控制非換相相電流，讓其在不同速度段仍為連續(xù)平滑，從而讓換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變小。

2、模糊控制器的設(shè)計(jì)

2.1模糊化設(shè)計(jì)

若系統(tǒng)給定突然變化，出現(xiàn)狀態(tài)或結(jié)構(gòu)干擾使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，由該時(shí)刻的電流偏差和電流偏差變化趨勢(shì)，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)PWM調(diào)制波的幅值大小來(lái)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定過(guò)程。

此控制器為雙輸入單輸出，輸入變量均與電流有關(guān)，分別為e及ec，輸出變量為u，e和ec表達(dá)式如下：

Iref（n）-電流的反饋值；T-采樣周期

e是電流的偏差、ec是電流偏差變化率、 u是PWM調(diào)制信號(hào)，它們?nèi)齻€(gè)都是交疊對(duì)稱分布的隸屬度函數(shù)，并且三個(gè)變量論域都是

X={-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}

將X的論域分為五個(gè)語(yǔ)言變量，分別為 [NB]（負(fù)大）、[NS]（負(fù)?。?、[ZE]（零）、[PS]（正?。?、[PB]（正大）[4]，各語(yǔ)言變量值如圖2-1所示。

2.2模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)

要想使控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)的動(dòng)靜態(tài)特性達(dá)到最佳控制效果，就要減小換相時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使換相相輸出電流波形保持平滑[6]。根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)工人實(shí)踐工作歸納，可以得到模糊條件控制狀態(tài)表，如下表1。

根據(jù)表1、可制定出模糊控制規(guī)則表，如表2所示。

2.3 模糊控制方法的實(shí)現(xiàn)

模糊控制器結(jié)構(gòu)如圖2-2所示：

當(dāng)e和ec很大時(shí)，g1和g2應(yīng)選比較小的數(shù)值，g3選比較大的數(shù)值，這樣可以保持系統(tǒng)穩(wěn)定性并降低系統(tǒng)的上升時(shí)間；當(dāng)e和ec很小時(shí)，g1和g2應(yīng)選比較大的數(shù)值，g3選比較小的數(shù)值，這樣可減小甚至消除超調(diào)，使系統(tǒng)保持在穩(wěn)態(tài)精度中。

3、系統(tǒng)仿真

通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的控制效果，輸入量為e和ec，得到單位階躍響應(yīng)，從仿真圖2-3像能夠得到，模糊控制縮短了該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，使超調(diào)量變小，使穩(wěn)定性增強(qiáng)，使其動(dòng)靜態(tài)特性都得到明顯改善。

4.結(jié)論

本文采用模糊控制，設(shè)計(jì)了電流模糊控制器用以控制直流無(wú)刷電機(jī)非換相電流，從而降低由于換相引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。通過(guò)仿真結(jié)果可以看到，BLDCM控制系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性有所增強(qiáng)，減短了調(diào)節(jié)時(shí)間，超調(diào)量降低，取得比較理想的控制效果。（作者單位：吉林省電子信息技師學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

[1] 張建勇. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì).家電科技.2011（7）

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[3] 譚建成. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的換向轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分析. 微電機(jī).2011（6）

[4] 劉慶雪、郭濤.變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的模糊控制研究.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化.2011（5）