摘要：無刷直流電機具有交流電機結構簡單，運行可靠，維護方便等優(yōu)點，又具有直流電機那樣良好的調速性能而無機械換向器等優(yōu)勢，得到廣泛應用。針對大多數(shù)無刷直流電機位置伺服系統(tǒng)采用的是PID控制方式，此控制方式存在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或帶有非線性負載時，其穩(wěn)態(tài)輸出特性變差，難以獲得滿意的控制效果的情況，本文在分析無刷直流電機的模型后，提出一種能根據(jù)跟蹤誤差大小，利用模式切換開關自動切換到PID控制或滑模變結構控制的智能控制方法，從而實現(xiàn)無刷直流電機轉子轉速的快響應、低超調和高精度控制。
關鍵詞：直流電機：PID控制；模型；智能控制
O 引 言
電機調速技術的發(fā)展，逐漸形成了由無刷結構代替有刷結構、南數(shù)字控制代替模擬控制的局面一因永磁無刷直流電機具有交流電機結構簡單，運行可靠，維護方便等優(yōu)點，又具有直流電機那樣良好的淵速性能而無機械換向器等優(yōu)勢，得到廣泛應用，在伺服控制、家用電器、計算機外設等方面獲得r廣泛的應用，在船艦推動、電動汽車以及工業(yè)拖動中具有很好的應用前景。但南于實際的無刷直流電機控制系統(tǒng)都存在著不同程度的非線性、時變性、換向效應、參數(shù)變化等不確定性，是一個多變量系統(tǒng)，影響了伺服系統(tǒng)的性能，降低了系統(tǒng)的精度。因此，采用PID控制器在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化或帶有：非線性負載時，其穩(wěn)態(tài)輸出特性變差，難以獲得滿意的控制效果，從而限制了無刷直流電機的使用范圍，因此本文提出將滑模變結構控制與PID控制棚結合的一種無刷直流電機智能控制器，滑模變結構控制器在系統(tǒng)參數(shù)變化大和各種非線性擾動強的情況下作用，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，提高系統(tǒng)的魯棒性；而PID控制器則用以改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，提高控制精度。 這種控制策略能有效的抑制轉矩波動，實現(xiàn)無刷直流電機轉子轉速的快響應、低超調和高精度控制。
1無刷直流電機的模型
無刷直流電機主要由電機本體，位置傳感器和電了換向線路(逆變器)等組成，采用稀土永磁瓦形磁鋼并合理設計磁路，根據(jù)反映轉子位置的位置信號，通過驅動電路，驅動逆變電路的功率開關元件，使電樞繞組依一定順序饋電，從而在氣隙中產生步進式旋轉磁場，拖動永磁轉子旋轉。隨著轉子的轉動，轉了位置信號依一定規(guī)律變化，從而改變電樞繞組的通電狀態(tài)，實現(xiàn)無刷直流電動機的機電能量轉換，可以得到近似方波或梯形波的氣隙磁場，定子則由逆變器提供交流方波電流。
假設：三相繞組完全對稱，定子繞組為60。相帶整距繞組，星形連接，氣隙磁場為理想方波，定子電流、轉子磁場分布皆對稱；忽略齒槽、換相過程和電樞反應的影響；電樞繞組在定子內表而均勻連續(xù)分布。
2 無刷直流電機的智能控制與仿真分析
進入70年代，開始研究狀態(tài)空間線性系統(tǒng)，使得變結構控制系統(tǒng)設計思想得到了不斷豐富，并提出了多種變結構設計方法，由于滑動模態(tài)可以進行設計且與對象參數(shù)及擾動無關，這就使得變結構控制具有快速響應、對參數(shù)變化及擾動不靈敏、無需系統(tǒng)在線辯識，物理實現(xiàn)簡單等優(yōu)點，因而帶滑動模態(tài)的變結構控制被認為是最有發(fā)展前途�；Ｗ兘Y構控制本質上是一類特殊的非線性控制，其非線性表現(xiàn)為控制的不連續(xù)性，這種控制策略與其它控制的不同之處在于系統(tǒng)的“結構”并不固定，而是可以在動態(tài)過程中根據(jù)系統(tǒng)當前的狀態(tài)(如偏差及其各階導數(shù)等)有目的地不斷變化，迫使系統(tǒng)按照預定”滑動模態(tài)”的狀態(tài)軌跡運動。由于電子換向線路(逆變器)是電力電子開關器件的變流器，而這些開關器件的動作具有不連續(xù)性，是一個天然的變結構系統(tǒng)，變結構系統(tǒng)中滑動模運動具有不變性，即它和系統(tǒng)的攝動性與外干擾無關，因此滑模變結構控制非常適合于在無刷直流電機的控制應用。
對于本系統(tǒng)中控制器不僅僅只在跟蹤誤差大于環(huán)寬時才工作，當跟蹤誤差小于環(huán)寬時，系統(tǒng)的跟蹤誤差小，滑模變結構控制器的控制作用很小，基本不對系統(tǒng)產生影響，這時系統(tǒng)運行所需的控制作用肩用PID控制算法，PID控制器無超調、快響應的特點能有效抑制跟蹤誤差；當系統(tǒng)出現(xiàn)大的擾動時，跟蹤誤差突然變大超過環(huán)寬，模式切換開關迅速將控制方式切換到滑模變結構控制器，其作用使跟蹤誤差迅速減小，隨著誤差的減小到環(huán)寬范圍，再切到PID控制器實現(xiàn)轉速高精度控制。
3結語
本文分析了無刷直流電機的模型，提出一種智能控制方法，該方法根據(jù)跟蹤誤差大小，利用模式切換開關自動切換到PID控制或滑模變結構控制的工作方式，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的快速穩(wěn)速。仿真和實驗結果驗證了該方法性能優(yōu)良，具有快速收斂性和高穩(wěn)速精度，能夠滿足無刷直流電機的控制需求。 |
