永磁无刷直流电机是随着电力电子技术和高性能永磁材料的发展而迅速成熟起来的一种新型电机。它既具有直流电机良好的机械特性和调速性能,又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便、寿命长等特点,并且体积小、速度快、可靠性好。但是,永磁无刷直流电机调速系统是一个非线性、多变量、时变系统。采用传统的PID控制方法控制,要想达到良好的控制效果比较困难,和预期效果有一定的差距。本文通过设计一种自适应模糊PID控制器,应用模糊算法自动整定PID参数的方法,将传统PID和模糊控制相结合,应用于无刷直流电动机调速控制系,实现对永磁无刷直流电机的实时、高精度速度控制。
2 无刷直流电机数学模型
以三相永磁无刷直流电机为例,建立电机的动态数学模型。为了简化分析,在允许的范围内作如下假定[1][2]:电机定子绕组星型链接,并且完全对称,空间上互差120度电角度;忽略电枢反应,气隙磁场近似为梯形波;忽略齿槽效应以及换相过程的影响,电枢导体连续均匀的分布在电枢表面;忽略电机中磁路饱和,不计涡流和磁滞损耗;电机参数恒定;电机稳态运行,转速稳定。
2.1电压方程
将无刷直流电动机每相绕组等效为电阻、电感和反电动势串联。对于方波电动机由于转子磁阻不随转子的位置变化,因而定子绕组的自感和互感为常数。当无刷直流电机的定子绕组为三相星型连接、120o导通方式,并且没有中线时,在三相对称电机中各相电流代数总和为零,即:
(2-1)
定子三相绕组电压方程:
(2-2)