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基于自适应模糊PID方法的轮毂无刷直流电机控制与仿真
第28卷第1期
2015年2月
四川理工学院学报(自然科学版)
JournalofSichuanUniversityofScience&Engineering(NaturalScienceEdition)
Vol28 No1
Feb2015
收稿日期:20141202
基金项目:西华大学研究生创新基金(ycj2014097)
作者简介:刘秋生(1989),男,江西赣州人,硕士生,主要从事汽车性能测试与仿真方面的研究,(Email)liu937129166@163.com
文章编号:16731549(2015)01002506 DOI:10.11863/j.suse.2015.01.07
基于自适应模糊 PID方法的轮毂无刷直流
电机控制与仿真
刘秋生,吕 欣,谭妍玮,张众华,陈 启
(西华大学交通与汽车工程学院,成都 610039)
摘 要:针对轮毂式电动车用永磁无刷直流电机转速 PID控制精度低、控制不稳定和响应滞后等特
点,根据轮毂电机参数的变化,利用模糊控制对 PID参数进行在线自适应调整,提出了一种基于自适应
模糊 PID的转速控制方法,获得了高精度的转速控制。首先分析永磁无刷直流电机的动态数学模型,在
MATALB/Simulink平台下,将模型按功能进行子模块建模,并通过与 S函数相结合构建无刷直流电机的
转速自适应模糊 PID的双闭环控制系统模型,最后考虑车辆实际行驶情况,进行了电机系统运行工况的
仿真分析。结果表明,采用自适应模糊 PID控制无刷直流电机,能够实现控制精度高、响应速度快、无超
调,且系统对干扰和参数变化具有较强的鲁棒性,明显改善对电动车用轮毂驱动电机的控制效果,提高
电动车辆行驶的操纵性和稳定性。
关键词:轮毂式电动汽车;永磁无刷直流电机;自适应模糊 PID控制;MATLAB/Simulink建模与仿真
中图分类号:TP3919 文献标志码:A
引 言
近年来,以永磁无刷直流轮毂电机为动力源的纯电
动汽车取得了快速的发展,同时电动汽车对电机转速的
控制精度和响应时间也提出更高的要求[1]。永磁无刷
直流电机作为一个非线性、多变量、强耦合、时变系统,
应用传统的控制方法难以取得满意的效果。传统 PID
控制虽结构简单,具有一定的鲁棒性和适应性,并能满
足一般工业生产电机转速控制的需求,但是还是难以满
足电机的控制要求[2]。目前,国内外学者借助抗干扰能
力强、鲁棒性好且不依赖精确的数学模型的模糊控制算
法来实现对电机的控制。模糊控制虽然能克服非线性
因素的影响,对调节对象的参数变化也具有较强的鲁棒
性,但模糊规则的总结和模糊隶属度函数的调节主要依
靠经验,存在较大的主观性,且单纯的模糊控制存在一
定的稳态误差,稳态精度低[3]。
本文针对传统 PID控制及单纯模糊控制在电机转
速控制上的不足,并充分考虑模糊控制优势的基础上,
以轮毂式电动车用无刷直流电机为研究对象,设计满足
该轮毂电机驱动要求的自适应模糊 PID控制器,建立基
于自适应模糊 PID方法的轮毂无刷直流电机双闭环控
制系统。通过模糊算法实现 PID参数高效、自适应整定
的目的,从而实现自适应模糊 PID控制器对无刷直流轮
毂电机转速的有效控制。
1 永磁无刷直流电机的数学模型
永磁无刷直流电机由定子三相绕组、永磁转子、逆
变器、转子位置检测器等组成[4]。为简化电机仿真模
型的建立,作如下假设:(1)忽略电机铁芯饱和,不计
涡流损耗和磁滞损耗;(2)忽略齿槽效应,绕组均匀分
布在定子内表面;(3)转子上没有阻尼绕组,电机无阻
尼作用;(4)不计电枢反应,气隙磁场分布近似为宽度
为120°电角度的梯形波。由此可得三相绕组的电压
平衡方程:
ua
ub
u
?
?
?
?
?
?
?
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c
=
r00
0r0
00
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i
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c
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MLM
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?
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p
ia
ib
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?
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?
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?
c
+
ea
eb
e
?
?
?
?
?
?
?
?
c
(1)
式中,ua,ub,uc为定子相绕组电压;ia,ib,ic为定子相绕
组电流;ea,eb,ec为定子相绕组电动势;L为每相绕组的
自感;M为每两相绕组间的互感;p为微分算子。由此,
一相方波电流和梯形波反电动势波形图如图1所示。
图1 一相电流和反电动势波形
由于三相绕组为星形连接且没有中线,则有:
ia+ib+ic =0 (2)
Mia+Mib+Mic =0 (3)
将式(2)与式(3)式带入式(1),得到新的电压方程:
ua
ub
u
?
?
?
?
?
?
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?
c
=
r00
0r0
00
?
?
?
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?
?r
ia
i
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