摘要：为提高无刷直流电机调速系统的鲁棒性，利用扰动观测器对外部负载转矩扰动进行估计并加以补偿，利用模糊自适应控制器实现PID参数的在线自整定，以适应因系统内部参数变化引起的扰动。仿真和实验表明，所设计的调速系统对系统负载扰动和参数变化的鲁棒性较好，并具有较高的速度跟踪精度。
　　关键词：无刷直流电机；鲁棒性；扰动观测器；模糊自适应控制；仿真；实验引言由于转动惯量和相电阻的变化、电枢反应等因素，无刷直流电机是一种多变量强耦合的非线性系统，难以用精确的数学模型表达。传统的控制过于依赖被控对象的模型参数，无法满足高精度场合的控制要求。因此，现代控制理论，如模糊控制、模型参考自适应、神经网络和遗传算法等被用于无刷直流电机的控制【3-5]。
　　模糊控制通过模糊逻辑和近似推理方法，把人的经验模型化，不需要控制系统精确的数学模型；对系统的内外干扰和参数摄动鲁棒性非常强，且结构简单、响应快速，因此很适合无刷直流电机调速系统的要求。本文将模糊自适应控制策略引入无刷直流电机调速系统中，通过合理设计模糊自适应控制器，以期提高调速系统的鲁棒性和速度跟踪精度。
　　数学模型以三相星型连接无刷直流电机为例，电机的状态方程为：

　　根据式(1)建立基于导通两相的电机线电压平衡方程和电磁转矩方程为：

　　素。把输入和输出量都量化到[一3，一2，一l，0．，2，3]这样一个区间，对应的模糊子集为NB、、Ns、zO、Ps、PM、PB。模糊化过程中，e、和Kp、Ki、Kd的隶属度函数均服从三角函数分布。
　　模糊自适应控制器设计的核心是模糊推理规则。该规则是将专家的经验和操作者的技能加以总结而得出的模糊条件语句的集合。本文中采用类型的模糊逻辑推理，包含具有式形式的模糊蕴涵关系。模糊自适应控制器采用离线进行模糊推理产生模糊规则表，然后把模糊规则表存储在计算机中进行在线查表控制。
　　，通过模糊推理得到的输出是一个模糊集合，在实际使用中要用确定的值才能去控制执行机构，这就需要反模糊化。本文采用最常用的加权平均法进行反模糊化，得到Kp、Ki、Kd的值。
　　总之，模糊自适应控制是建立在传统PID算法基础上的，只是Kp、Ki、Kd不再是固定的常数，而是随e、ec的变化而在线调整，以实现在不同工况和各种扰动情况下对系统的优化控制。
　　仿真分析和实验结果基于以上分析，所设计的无刷直流电机鲁棒控制系统结构如图3所示。可以发现，对于外部的负载扰动，在图3中被一个由扰动观测器构成的内环所包围，经扰动观测器估计并进行了补偿，提高了控制系统对外部扰动的鲁棒性。因电机参数变化引起的系统内部扰动也被模糊自适应控制器通过PID参数的在线自整定得到了抑制，进一步改善了系统的鲁棒性。

　　．1仿真研究与分析将本文提出的鲁棒性没计方法应用于一台无刷

响应曲线和速度波形的仿真结果。从图4(a)可以看出，突加负载后，该观测器能在较短的时间内准确观测到负载转矩的变化。图4(b)说明，该控制系统因负载扰动引起的速度波动小且能在较短时间内回复到平衡状态，这是由于扰动观测器快速跟踪了负载转矩的扰动，在其明显影响转速输出之前，通过转矩前馈环节预先加以补偿，故具有较好的鲁棒性。

　　仿真用以模拟电机实际运行中，因负载转矩大小、分布扰动等引起的转动惯量变化对系统造成的影响。
　　由图可知，由于转动惯量的减小，速度曲线出现了超调，但由于模糊自适应控制器对PID参数的自动调整能力，速度响应曲线迅速回复至平衡状态，调整过程持续时间很短。图5表明了该控制系统对电机参数变化造成的扰动不敏感，鲁棒性强。
　　4．2实验结果实验采用TMS320F2812为控制芯片的实验平台，由DSP、IPM、电流检测、转子位置检测电路等构成。为验证所设计系统的速度跟踪效果，以正弦曲线作为速度给定信号，其速度跟踪曲线如图6所示。由图可知，本文设计系统的速度跟踪响应快速且平稳，无明显超调，跟踪效果较好。

　　5.结语

      无刷直流电机控制系统利用基于扰动观测器的负载转矩前馈补偿技术提高了系统对外部负载转矩扰动的鲁棒性；对因电机本体参数变化等因素造成的内部扰动，设计了模糊自适应鲁棒控制器进行有效抑制，使系统的鲁棒性得以进一步提高。仿真和实验结果表明，所设计的控制系统对系统内外干扰均有较好的鲁棒性，且具有调节时间快速，速度跟踪精度高的控制效果。