無刷直流電機在克服了有刷直流電機機械換相缺點的同時,又具有結構簡單、運作可靠以及調速性能好等優點,在很多領域中得到了廣泛的應用。
本次課題闡述了無刷直流電機的基本結構、運作原理和數學模型,并以無刷直流電機為被控對象,根據電機的特點和控制要求确定了三閉環控制政策,分别是位置、轉速及電流環控制三者之間實行串級連接配接。采用模糊PID控制理論,搭建無刷直流電機和控制器的仿真模型來驗證電機控制政策的可行性,使要能使伺服控制器的具體性能滿足:無靜差,響應快,超調量小的設計要求。結合三閉環控制結構的特點,在位置環中采用模糊PID控制算法,内環中的電流環和轉速環均采用PI調節器,并根據方案進行伺服控制系統的仿真設計。
對所設計的仿真模型進行調試,通過仿真結果顯示,在采用模糊PID控制器下,給定初始位移輸入,控制系統的動态性能和靜态性能都得到了很大改善,模糊PID控制下的響應曲線與經典PID控制下的響應曲線相比,具有較快的響應時間,曲線平穩,誤差小。最後輸出的轉速維持在給定數值,上下浮動很小,并且保持輸出轉矩恒定,滿足系統的名額。
其中,位置調節器采用模糊PID調節,圖3.6為位置環的模型。相對于PID調節來說,模糊PID調節器具有更好的響應速度和消除靜态誤差。模糊子產品的輸入是轉角位移的偏差和偏差變化量,輸出是比例系數、積分系數和微分系數的變化增量,這三個增量在分别加上其各自的設定量,同時調節轉角位移,可以保證在負載變化或外界環境變化下使系統具有更好的自調節能力。
将前面設計好的模糊檔案儲存到MATLAB的工作區中,再将用Simulink庫建好的仿真模型中的模糊控制器子產品與工作區中的模糊推理系統fis結構連接配接起來,再設定輸入輸出向量個數,這樣就建立了基于Matlab的無刷直流電機的模糊仿真模型。
本文以無刷直流電伺服控制系統為主題進行了分析與研究,尤其以三閉環控制政策以及模糊PID控制器的方案設計做了深入研究分析。主要做了兩個方面的工作:
本文在第二三章詳細分析無刷直流電機結構、工作原理,驅動方法以及數學模型的基礎上,确定采用三相橋式全控驅動,并基于Simulink平台建立了其控制系統的仿真模型,設計了位置環的模糊PID調節器,以及轉速環和電流環的PI調節器仿真模型,通過仿真結果分析驗證了模糊PID的控制效果。
本文在第四章通過與傳統PID控制方案的對比,進一步證明模糊PID在響應時間,誤差和超調量上的優良之處。