基于模糊PID的永磁同步电机矢量控制仿真_李爱平

第１１卷第１期２０１３年２月中　国　工　程　机　械　学　报

ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　　　Ｖｏｌ．１１Ｎｏ．１　

ｅｂ．２０１３　Ｆ

基于模糊ＰＩＤ的永磁同步电机矢量控制仿真

李爱平，邓海洋，徐立云

（）同济大学机械与能源工程学院，上海　２０１８０４

）摘要：基于传统固定增益Ｐ的永磁同步电机矢量控制系统，存在着响应速ＩＤ（Ｐｒｏｏｒｔｉｏｎ－Ｉｎｔｅｒａｌ－Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｐｇ稳态性能较差、转矩脉动较大的缺陷．针对这一问题，利用具有参数自整定功能的模糊Ｐ度不快、ＩＤ控制器对矢／量控制系统进行改进，并在ＭＡ仿真结果表明：模糊ＰＴＬＡＢＳｉｍｕｌｉｎｋ环境下建立了系统仿真模型．ＩＤ控制器可显著提高系统鲁棒性，很好地满足了永磁同步电机（高精度、快响应的控制要求．ＰＭＳＭ）关键词：模糊ＰＩＤ控制；永磁同步电机；矢量控制

（）中图分类号：ＴＭ３５１　　　　文献标志码：Ａ　　　　文章编号：１６７２－５５８１２０１３０１－００２５－０６　

ＦｕｚｚＰＩＤｂａｓｅｄＰＭＳＭｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ－－　　　　ｙ

ＬＩＡｉｉｎＤＥＮＧ　ＨａｉａｎＸＵ　Ｌｉｕｎ　－－－ｐｇ，ｙｇ，ｙ

（，，）ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＴｏｎｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔＳｈａｎｈａｉ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ　　　　　ｇｇｇｊｙｇ

：），，ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＰＩＤ（ＰｒｏｏｒｔｉｏｎＩｎｔｅｒａｌｅｒｉｖａｔｉｖｅｓｕｃｈｗｅａｋｎｅｓｓｅｓａｓｓｌｏｗｒｅｓｏｎｓｅ　　　－－Ｄ　　　　ｐｇｐ

）ｕｌｓａｔｉｏｎｌｏｗｓｔａｂｉｌｉｔａｎｄｌａｒｅｔｏｒｕｅｏｃｃｕｒｉｎｔｈｅＰＭＳＭ（ＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｎｅｔＳｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒ　　　　　　　　　　　ｐｙｇｑｇｙ　ｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｓｔｅｍｓ．ＢａｌｉｎｔｈｅｆｕｚｚＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈａｒａｍｅｔｒｉｃｓｅｌｆｔｕｎｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒ　　　　　　　－　ｙｙｐｐｙｇｙｐｇ　　　　

ＴＭ　

，／ｓｓｔｅｍｉｍｒｏｖｅｍｅｎｔａｓｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｕｎｄｅｒＭａｔｌａｂＳｉｍｕｌｉｎｋｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．　　　　　　　　ｙｐｙ，ＡｃｃｏｒｄｉｎｌｉｔｉｓｆｏｕｎｄｆｏｒｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｔｈａｔｆｕｚｚＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｃａｎｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌｅｎｈａｎｃｅｔｈｅ　　　　　　　　　　　ｇｙｙｇｙ　　ｓｓｔｅｍｒｅｃｉｓｉｏｎｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｓｏａｓｔｏｍｅｅｔｔｈｅｄｅｍａｎｄｓｏｎｈｉｈａｎｄｆａｓｔｒｅｓｏｎｓｅｆｏｒＰＭＳＭｓ．　　　　　　　　　　　　　　　ｙｐｇｐ

：；；ｅｒｍａｎｅｎｔＫｅｗｏｒｄｓｆｕｚｚＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｍａｎｅｔｓｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ　　　　　ｐｙｇｙｙ　　虽然控制理论得到了空　　在过去的半个世纪里，

前发展，各种控制算法如雨后春笋般地拔地而起，但是万变不离其宗，它们都是建立在ＰＩＤ控制基础上的．工作可靠、稳定ＰＩＤ控制器以其结构简单、好、调整方便的特点，被公认为控制器的常青树．对于一阶和二阶控制系统，ＰＩＤ控制更是具有无可比然而，本课题所研究的高性能注塑拟的高性价比．

机使用的是永磁同步电机，具有非线性、强耦合、高

１］

，阶、多变量的特性［难以用精确的数学模型描述

模糊控制理论很好地将控制器操作者的实践经验融合到了控制系统的设计过程中，故而在过去

［］

的十几年里，模糊ＰＩＤ控制理论迅速发展２．

［］

在整定好的比例、积分和ＴＺＡＦＥＳＴＡＳ等３认为，

微分系数上增加一个基于模糊矩阵的微小变量，可进一步提高Ｐ因为这个模糊ＩＤ控制器的控制性能．矩阵包含了大量的人工操作经验，并且以精简的模

［４］

糊规则的形式给出．通过ＨＥＳｈｉｚｈｏｎ　ｇ等提出，

其动态过程．尤其是注塑机工况复杂，存在负载扰动、噪声干扰，诸多电机参数都会随着环境因素的变化而发生改变．传统的固定增益ＰＩＤ控制器以被是一种线性控制，控对象的数学模型为设计依据，

无法很好地满足存在严重非线性的高性能注塑永磁同步电机控制系统高精度、快响应的控制要求．

类Ｚ１９４２年由Ｚｉｅｌｅｒ和Ｎｉｃｈｏｌｓ提出的－Ｎ方程（ｇ整定方程）整定某一参数，利用模糊推理机制可实

［］现该参数的在线自整定．ＺＨＡＯＺｈｅｎｕ等５则发　ｙ

展了这一思想，提出了一种新的模糊增益的计算方即根据偏差以及偏差变化率建立模糊规则，通案，

过模糊推理得到Ｐ然而，上述方法ＩＤ控制器参数．都没有解决如何设定模糊推理系统的参数问题，并

）基金项目：上海市重点科技攻关资助项目（１０ｄｚ１２０２００２，１１ｄｚ１１２１７０２．

），，，：作者简介：李爱平（女教授博士生导师１９５１－．Ｅ－ｍａｉｌｌｉｍｕｚｉｔｏｎｉ．ｅｄｕ．ｃｎ＠ｇｊ

且控制方案的复杂性极大地制约了工程应用的可］行性．文献［通过仿真验证了基于模糊Ｐ６－７Ｉ（）控制器的永磁同步电机矢量ＰｒｏｏｒｔｉｏｎＩｎｔｅｒａｌ－ｐｇ控制系统的有效性，但由于微分环节的缺失，转速并且转矩脉动较大．有明显的超调，

本文结合空间矢量脉宽调制技术，利用具有参数自整定功能的模糊ＰＩＤ控制器对永磁同步电机／矢量控制系统加以改进，并在ＭＡＴＬＡＢＳｉｍｕｌｉｎｋ环境下建立了系统仿真模型．通过对突加负载时控制器控制性能的仿真模拟，验证了对于系统参数的摄动，模糊ＰＩＤ控制器比传统ＰＩＤ控制器具有更好的鲁棒性．

ｆ

－　－ｉＬｑＬｑｉＬｑｑｑ

（）１＝＋　　ｐ

ＰｎＴＬωｍｆωｍ

－　－

ＪＪＪ式中：ｉωｍ为转子机械ｐ为微分算子；ｑ为ｑ轴电流；

［］［］

角速度；Ｒ为定子电阻；Ｌｆ为永ｑ为电机ｑ轴电感；φ磁体磁链；ＰＢ为摩擦系数；Ｊ为折ｎ为电机极对数；算到电机主轴上的等效转动惯量；ｕｑ为ｑ轴电压；

ＴＬ为折算到电机主轴上的等效负载转矩．

进一步可以得出电机简化模型的结构框图，如图中ｓ为拉氏变换常用变量．当ｉ图１所示．ｄ＝０时，电磁转矩Ｔｅ和交轴电流ｉ此时ｑ具有线性关系，从控制方法上来看永磁同步电机已经等效为他励直流电机．

１　永磁同步电机ｄ－ｑ轴数学模型

在建立永磁同步电机ｄ－ｑ轴数学模型的时候，

８］

：为了简化分析过程，做如下假设［

（）忽略定子铁心的磁饱和效应，即定子各相１

绕组的电感与通入绕组中的电流大小、相位无关．

（）忽略漏磁通的影响．２

（）忽略电机的涡流和磁滞损耗．３

（）定子各相绕组的电枢电阻阻值均相等，定４

子各相绕组的电感也相等．

（）气隙分布均匀，磁回路与转子位置无关，５

即各相绕组的电感与转子的位置无关．

（）电机采用三相对称电压供电，磁链在气隙６

中成正弦分布．

根据上述假设，以及永磁同步电机的物理模

９］，型［选取ｉ为状态ωｍ为转子机械角速度）ｑ和ωｍ（

图１　永磁同步电机结构框图

Ｆｉ１　ＳｉｍｌｉｆｉｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＰＭＳＭｕｎｄｅｒｔｈｅ　　　　　ｇ．ｐ

ｉ０ｓｔｒａｔｅｄ＝ｇｙ

２　永磁同步电机矢量控制系统

在分析永磁同步电机ｄ－ｑ轴数学模型的基础上，结合空间矢量脉宽调制技术，采用ｉ０的矢量控制ｄ＝策略，构建转速、电流双闭环永磁同步电机矢量控制系统，如图２所示．图２中，ＳＶＰＷＭ（ＳａｃｅＶｅｃｔｏｒＰｕｌｓｅ　　ｐ）为空间矢量脉宽调制．ＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＵｄ为逆变器　

直流侧电压，ＴＵα，Ｕβ为ＰＭＳＭ两相静ｓ为采样时间，，止坐标系中α为ＰｉｉＭＳＭ两相静止坐α，ββ轴的电压，

，标系中αｉｉｉＭＳＭ三相定子ａ，ｂ，ｃ分别为Ｐβ轴的电流，电流，此外，加＊的量表示参考θ为电机的机械转角．量，为给定值

．

并且采用ｉ的变量，０（ｉｉｄ轴电流）ｄ＝ｄ分别为ｑ，ｑ，

矢量控制策略，这样就可以得到简化的三相永磁同步电机的动态数学模型为

图２电流双闭环矢量控制系统框图ｉ０的转速、　ｄ＝

Ｆｉ．２ｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｅｅｄｃｕｒｒｅｎｔｄｏｕｂｌｅｃｌｏｓｅｄｌｏｏＰＭＳＭｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｓｔｅｍｕｎｄｅｒｔｈｅｉ０ｓｔｒａｔｅ　Ｓ　　－－－－　　　　　　ｄ＝ｇｐｐｙｇｙ　

该控制系统包含１个速度外环　　从图２不难看出，

和２个电流内环：电流环通过对直轴电流ｉｄ和交轴电流ｉ实现了电流分量的单独控制，并最ｑ的解耦控制，终实现转矩控制；速度环的作用则是增强系统抵抗负且决定系统的控制性能．载扰动的能力，

也无法实现对永磁同步电机实时、高精度的速度控制．为了提高转速外环的性能，本文将常规ＰＩＤ控制器与模糊控制理论相结合，使用１个“输２输入（，入误差ｅ和误差变化率ｅ３输出（Ｋｐ，Ｋｉ，ΔΔｃ）”的模糊Ｐ其原理Ｋｄ）ＩＤ控制器作为速度调节器，Δ

如图３所示．

通过实时检测电机的输出转速，可计算出输出转速与给定转速之间的偏差及其变化率，将结果模经过模糊推理和解模糊化处理后输入模糊控制器，

糊，即可得到ＰＩＤ控制器参数的调整量ΔＫｐ，ＫΔｉ，）从而通过式（实现控制器参数的在线自整定．Ｋｄ，２Δ

３　模糊ＰＩＤ控制器参数自整定

３．１　模糊ＰＩＤ控制器的基本原理

由于常规的ＰＩＤ控制器不具有在线调节参数的功能，无法满足控制器参数在线自整定的要求，

图３　模糊ＰＩＤ控制器原理图

Ｆｉ３　ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｒａｍｏｆｆｕｚｚＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　　　　ｇ．ｇｙ　

ＫＫ０＋ΔＫｐ３．３　模糊规则

ｐ＝ｐ

在模糊Ｐ对于（）ＩＤ控制器参数自整定的过程中，Ｋｉ＝ＫｉＫｉ２０＋Δ不同的｜比例增益Ｋｐ、积分增益Ｋｉ和微ｅｅ｜和｜｜，ｃＫｄ＝ＫｄＫｄ０＋Δ１１］

：分增益Ｋｄ应满足以下要求［式中：ＫｐＫｉＫｄＩＤ控制器参０，０，０为原先整定好的Ｐ

（）当｜为了能加快系统的响应速数，其中Ｋｐ１ｅ８，Ｋｉ３，Ｋｄ０．００３．｜较大时，０＝０＝０＝３．２　输入变量的模糊化与隶属度函数

通过选取合适的模糊控制器的量化因子（文中选取误差量化因子０．误差变化率量化因子００１５，），可将输入误差ｅ和误差变化率ｅ０．００００１ｃ以及输

出Δ上，Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄ都定义在模糊论域（－３，３）ΔΔ，，以对应７个常用模糊词汇｛负大（负中（ＮＢ）ＮＭ），，，，负小（零（正小（正中（正大ＮＳ）ＺＯ）ＰＳ）ＰＭ）（｝，且设输入输出各量均服从三角形隶属度函ＰＢ）

１０］

，数曲线分布［如图４所示．图４中，横坐标表示模纵坐标表示隶属度函数值，只有数学意义糊论域，

而无物理意义，故而均无单位

．

度，应取较大的Ｋｐ和Ｋｄ；同时为了防止系统响应应对积分作用加以限制，通常取出现较大的超调，较小的Ｋｉ．

（）当｜应分２种情２ｅｅ｜和｜｜处于中等大小时，ｃ

况：若ｅ和ｅ被控量朝着偏离给定值的方向ｃ同号，变化，为了使系统响应具有较小的超调，Ｋｐ和Ｋｄ应取得大一些，若ｅ和ｅＫｉ则应取得适当大；ｃ异号，被控量朝着接近给定值的方向变化，此时应逐渐减小Ｋｐ，Ｋｉ和Ｋｄ．

（）当｜为了使系统有良好的稳态性３ｅ｜较小时，能，应适当弱化比例和微分的作用甚至将Ｋｄ设为零，并加强积分的作用甚至将Ｋｉ设为最大值，以防止ｅ微小变化致使系统震荡．

（）偏差变化率ｅ４ｃ的大小表明偏差变化的速度，反之亦然．ｅＫｉ越大，｜｜越大，ｃ

在综合上述专家知识的基础上，总结操作人员的实践经验，并进行大量仿真实验调试后得到调整

图４　三角形隶属度函数曲线分布图

Ｆｉ４　Ｆｕｎｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｔｒｉａｎｌｅｅｍｂｅｒｓｈｉ　　　－ｍｇ．ｇｐ

量Δ分别如表１—３Ｋｐ，Ｋｉ和ΔＫｄ的控制规则表，Δ所示．

表１　ΔＫｐ的模糊规则表Ｔａｂ．１　ＦｕｚｚｒｕｌｅｓｏｆΔＫｐ　ｙ　

ｅ

ＮＢ　ＮＭ　ＮＳ　ＺＯ　ＰＳ　ＰＭ　ＰＢ　

７　７　６　６　５　４　４７　７　６　５　５　４　３６　６　６　５　４　３　３

ＰＭ　ＺＯ　ＺＯ　ＮＳ　ＮＭ　ＮＭ　ＮＭ　ＮＢ　

ＰＢＺＯＮＳＮＳＮＭＮＭＮＢＮＢ

ｅｃ

ＮＢ　ＰＢ　ＰＢ　ＰＭ　ＰＭ　ＰＳ　ＰＳ　ＺＯ　

ＮＭ　ＰＢ　ＰＢ　ＰＭ　ＰＭ　ＰＳ　ＺＯ　ＺＯ　

ＮＳ　ＰＭ　ＰＭ　ＰＭ　ＰＳ　ＺＯ　ＮＳ　ＮＭ　

ＺＯ　ＰＭ　ＰＳ　ＰＳ　ＺＯ　ＮＳ　ＮＭ　ＮＭ　

ＰＳ　ＰＳ　ＰＳ　ＺＯ　ＮＳ　ＮＳ　ＮＭ　ＮＭ　

　６　５　４　３　２　２ＱΔｋｐ＝６

５　５　４　３　３　２　２５　４　３　２　２　２　１４４２２２１１１　１　２　２　３　４　４１　１　２　３　３　４　４１　２　３　３　４　５　５

　２　３　４　５　６　６ＱΔｋｉ＝２

２　２　４　５　５　６　７４　４　５　５　６　７　７４　４　５　６　６　７　７５　３　１　１　１　２　５５　３　１　２　２　３　３４　３　２　２　３　３　４

　３　３　３　３　３　４ＱΔｋｄ＝４

４　４　４　４　４　４　４７　５　５　５　６　６　７

７　６　６　６　６　７　７表示｛１，２，３，４，５，６，７｝ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＯ，　　其中｛

）将规则矩阵Ｑ按照式（分解：ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝．３

７

表２　ΔＫｉ的模糊规则表Ｔａｂ．２　ＦｕｚｚｒｕｌｅｓｏｆΔＫｉ　ｙ　

ｅ

ＮＢ　ＮＭ　ＮＳ　ＺＯ　ＰＳ　ＰＭ　ＰＢ　

ｅｃ

ＮＢ　ＮＢ　ＮＢ　ＮＢ　ＮＭ　ＮＭ　ＺＯ　ＺＯ　

ＮＭ　ＮＢ　ＮＢ　ＮＭ　ＮＭ　ＮＭ　ＺＯ　ＺＯ　

ＮＳ　ＮＭ　ＮＭ　ＮＳ　ＮＳ　ＺＯ　ＰＳ　ＰＳ　

ＺＯ　ＮＭ　ＮＳ　ＮＳ　ＺＯ　ＰＳ　ＰＳ　ＰＭ　

ＰＳ　ＮＳ　ＮＳ　ＺＯ　ＰＳ　ＰＳ　ＰＭ　ＰＭ　

ＰＭ　ＺＯ　ＺＯ　ＰＳ　ＰＭ　ＰＭ　ＰＢ　ＰＢ　

ＰＢＺＯＺＯＰＳＰＭＰＢＰＢＰＢ

表３　ΔＫｄ的模糊规则表Ｔａｂ．３　ＦｕｚｚｒｕｌｅｓｏｆΔＫｄ　ｙ　

ｅ

ＮＢ　ＮＭ　ＮＳ　ＺＯ　ＰＳ　ＰＭ　ＰＢ　

ｅｃ

ＮＢ　ＰＳ　ＰＳ　ＺＯ　ＺＯ　ＺＯ　ＰＢ　ＰＢ　

ＮＭ　ＮＳ　ＮＳ　ＮＳ　ＮＳ　ＺＯ　ＰＳ　ＰＭ　

ＮＳ　ＮＢ　ＮＢ　ＮＭ　ＮＳ　ＺＯ　ＰＳ　ＰＭ　

ＺＯ　ＮＢ　ＮＭ　ＮＭ　ＮＳ　ＺＯ　ＰＳ　ＰＭ　

ＰＳ　ＮＢ　ＮＭ　ＮＳ　ＮＳ　ＺＯ　ＰＭ　ＰＭ　

ＰＭ　ＮＭ　ＮＳ　ＮＳ　ＮＳ　ＺＯ　ＰＭ　ＰＢ　

ＰＢＰＳＮＳＺＯＺＯＺＯＰＢＰＢ

Ｑ＝

∑Ｑ

ｍ＝１

ｍ

（）３

）：满足式（４　　且保证矩阵Ｑｍ中的元素ｑｍｉ，

ｊ

　　ｑｉｉｑｊ，ｊ＝ｍ

（）４＝ｑｍｉ，

ｊ

，其他０　　

　　例如：

｛

　７　０…７７　７　０　０００Ｑ７＝

０００

３．４　模糊推理与输出变量的解模糊

…实际控制过程中，模糊规则表将以ｉｆｔｈｅｎ的语句形式表现出来，具体的控制规则为

，，…ＩｆｅｉｓＡｎｄｅｉｓＢｔｈｅｎＫｉｓＣｉ＝１２４９　　　　　　ｉａｃｉｉ，，…，将关系矩阵Ｒ也按列顺序ｍ＝１，２，７；７）ｑｍ７

其中ＡＢＣＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＯ，ＰＳ，ＰＭ，表示成矢量：ｉ，ｉ，ｉ∈｛…，…，…；Ｒ＝（ｒｒｒｒ１１，７１；１２，７２；，为模糊集，由于采用ＰＢ｝Ｋ为ΔＫｐ，Ｋｉ和ΔＫｄ．Δ…，，通过矢量Ｒ与Ｑ计算可得模糊控制ｒｒ１７，７７）模糊“与”的逻辑连接，偏差ｅ和ｅｃ的隶属度函数之的输出激活库：

Ｔ

间存在模糊关系Ｒ＝ｅｅ并设关系矩阵Ｒ中的各ｃ，Ｔｍ

（）ｍ）５＝（μ（，，，…，）元素为ｒ＝１２７．ｍｉｊｉｊ

…对于每张模糊控制规则表，通过ｉ式中：为输出变量的模糊值．ｆｔｈｅｎ语法可ｍ）μ（以转换成一个对应的７阶规则矩阵Ｑ，且Ｑ中各元素即有：ｉｑｊ与模糊控制规则表中的元素一一对应，

然后运用中心法进行解模糊计算，将模糊输出变量μ（还原到精确值μ．ｍ）

０００…０　　将规则矩阵Ｑｍ按列顺序表示成矢量：Ｑｍ＝（１，…，１；２，…，２；…；７，…，ｑｍ１ｑｍ７ｑｍ１ｑｍ７ｑｍ１

　第１期

７

李爱平，等：基于模糊ＰＩＤ的永磁同步电机矢量控制仿真２９　　

μ＝

ｍ）μ（∑μｉ

ｍ＝１

７

权重．

（）６

／根据上述分析，在ＭＡＴＬＡＢＳｉｍｕｌｉｎｋ仿真环

境下通过Ｆ建立模糊Ｐｕｚｚｌｏｉｃ工具箱，ＩＤ控制器ｙｇ的仿真模型，如图５所示

．

ｍ）∑μ（

ｉ＝１

式中：μ为输出变量的精确值；μｉ为各组元素的

图５　模糊ＰＩＤ控制器仿真模型

Ｆｉ５　ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｆｕｚｚＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　　　　ｇ．ｙ　

４　系统仿真及结果分析

根据图２，结合模糊ＰＩＤ控制器的仿真模型，／在ＭａｔｌａｂＳｉｍｕｌｉｎｋ环境下构建永磁同步电机矢

量控制系统仿真模型，如图６所示．图６中，Ａ，Ｂ，Ｃ分别为ＰＭＳＭ的电源三项接口；ｇ为逆变器控制信号端；ｍ表示ＰＭＳＭ的转速转矩等输出，ｓ跟ｒ分别为静止坐标系和同步旋转坐标系，＿，ｉｉｓａｂｃａｂｃ均为ＰＭＳＭ的定子三相电流．

图６　基于模糊ＰＩＤ的永磁同步电机矢量控制系统仿真模型

Ｆｉ６　ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆＰＭＳＭ　ＶｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｆｕｚｚＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　　　　　　　　　ｇ．ｙｙ　

额定转１ｋＷ，　　系统中所用电机额定功率Ｐ＝１

矩Ｔ＝５定子电阻Ｒ＝０．永磁体磁链６Ｎ·ｍ，１１Ω，定子ｄ．２５４２Ｗｂ，　－ｑ轴电感Ｌｄ＝Ｌｆ＝０ｑ＝φ

定子转动惯量Ｊ＝０．电机极对数Ｐ０２，３．５ｍＨ，ｎ＝，采样周期Ｔｓ＝０．逆变器直流母线电压６，０００２ｓ　

，仿真时间设定为０．最大仿真步长Ｕｄ＝４００Ｖ，０６ｓ，设置为０．负载转矩ＴＬ在０．００００１ｓ０３ｓ时从０　—７突变到额定转矩５图７６Ｎ·ｍ．ａｃ分别给出了

－１

·ｍ参考转速为２时，电机转速、输出转矩０００ｒｉｎ　

以及定子电流的仿真实验波形．

—７对比图７与传统Ｐ空ａｃ可知，ＩＤ控制相比，

载启动时，模糊ＰＩＤ控制的调整时间从０．０１２ｓ降，低到０．降低了３并且转速无超调，转矩００８ｓ３％，几乎无脉动，定子电流波形也更接近正弦；突加负载时，模糊Ｐ转速无超调ＩＤ控制的调整时间更短，且转矩脉动很快衰减，无振动．

图７　突加负载是的仿真实验波形Ｆｉ７　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｖｅｕｎｄｅｒｉｍａｃｔｌｏａｄ　　　　ｇ．ｐ

社，１９９７．

５　结论

与传统固定增益的Ｐ基于模糊ＩＤ控制相比，响应更快，转ＰＩＤ的永磁同步电机矢量控制系统，速和转矩的超调得到有效抑制，且转矩脉动更小，定子电流波形更接近正弦，具有快速性好、脉动小、精度更高的特性．这一仿真结果证明：对于系统参模糊Ｐ数的摄动，ＩＤ控制器比传统ＰＩＤ控制器具有更好的鲁棒性，因此模糊ＰＩＤ控制器能更好地满足永磁同步电机高精度、快响应的控制要求．参考文献：

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：Ｒｅｎｕａｎ．ＭｏｄｅｒｎｅｒｍａｎｅｎｔａｎｅｔａｃｈｉｎｅｓＴＡＮＧ　　ｐ　ｍ　ｍｙｇ［：，ｔｈｅｏｒａｎｄｄｅｓｉｎＭ］．ＢｅｉｉｎＣｈｉｎａＭａｃｈｉｎｅＰｒｅｓｓ１９９７．　　　ｙｇｊｇ　［：２］ＺＡＦＥＳＴＡＳＳＧ．Ｆｕｚｚｓｓｔｅｍａｎｄｆｕｚｚｅｘｅｒｔｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔ　　　　　ｙｙｙｐ　　

］，（）：Ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗ［Ｊ．ＫｎｏｗｌＥｎＲｅｖ１９９４，９３２２９－２６８．　　ｇ　

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］：ｏｆＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ［Ｊ．ＦｕｚｚＳｅｔｓＳｓｔｅｍ，１９９３，５６（１）３７　　　ｙｙ　－４６．

［５］ＨＡＯＺｈｅｎｕ，ＴＯＭＩＺＵＫＡ　Ｍ，ＩＳＡＫＡｕｚｚａｉｎ　Ｚ　　Ｓ．Ｆｙｙ　ｇ

，，ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｏｆＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓＳｓｔＭａｎ　　　　ｇｙ　，（）：Ｃｂｅｒｎ１９９３，２３５１３９２－１３９８．ｙ

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（下转第４０页）

［：，Ｍ］．２ｒｄｅｄ．ＢｅｉｉｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＰｒｅｓｓ１９９９．　　ｊｇ

：ＴＡＤＡＭＳｌｉｃａｔｉｏｎｕｔｏｒｉａｌ［Ｍ］．Ｂｅｉｉｎｓｉｎｈｕａ　ａ　ｔｐｐｊｇｇ，Ｐｒｅｓｓ２００５．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

［９］ＩＬＬＥＳＯＩＥＴＤ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓｏｆｖｅｈｉｃｌｅｄｎａｍｉｃｓ［Ｍ］．　Ｇ　　　　　ｙ

：，，ＷａｒｒｅｎｄａｌｅＳｏｃｉｅｔｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｉｎｅｅｒｓＩｎｃ２０００．　　ｙｇ　

［机械系统动力学分析及Ａ北８］ＤＡＭＳ应用教程［Ｍ］．　陈立平．

京：清华大学出版社，２００５．

ＣＨＥＮＬｉｉｎ．Ａｎａｌｓｉｓｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｓｔｅｍｄｎａｍｉｃｓａｎｄ　　　　　　ｐｇｙｙｙ

櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅

（上接第３０页）

，，，ＹＡＮＧ　ＭｉｎＺＨＡＮＧＹａｎＣＡＯＨＥＪｉｎｓｈｅｎｅｔａｌ．Ｇａｉｎｓｅｌｆ９］ＥＩＤＳ　Ｍ．Ａｎａｎａｌｓｉｓｏｆｍａｎｅｔｓｎｃｈｒｏｎｏｕｓｅｒｍａｎｅｎｔ　　　　－［　Ｚ　　　　　　ｇｇｇｙｇｙｐｔｕｎｎｉｎｏｆＰＩｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄａｒａｍｅｔｅｒｏｔｉｍｕｍｆｏｒＰＭＳＭ　　　　　　　ｐｇｐ　［］，：ｄｒｉｖｅｓＪ．ＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ２０１０，１４（１２）２９　　　－３３．

［胡育文，鲁文其，等．永磁同步电机模糊Ｐ７］ＩＤ参数自　丁双文，

］（）：微特电机，整定［Ｊ．２０１１，３９５１７－２１．

，，ＳｈｕａｎｗｅｎＨＵ　Ｙｕｗｅｎ，ＬＵ　Ｗｅｎｉｅｔａｌ．ＦｕｚｚＰＩＤＤＩＮＧ　　ｇｑｙ　］ａｒａｍｅｔｅｒｓｅｌｆｔｕｎｉｎｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒＰＭＳＭｓｅｒｖｏｓｓｔｅｍ［Ｊ．　－　　　　ｐｇｙ　，（）：Ｓｍａｌｌ＆ＳｅｃｉａｌＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＭａｃｈｉｎｅｓ２０１１，３９５１７－２１．　　　ｐ

［基于模糊自整定的改进型永磁同步电机矢量控制仿真８］　杨勇．

］（）：研究［机电工程技术，Ｊ．２０１０，３９８４７－４９．

Ｙｏｎ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｏｄｉｆｉｅｄＰＭＳＭｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌＹａｎ　　　　　ｇｇ　ｓｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｆｕｚｚａｒａｍｅｔｅｒｓｅｌｆｔｕｎｉｎＪ］．Ｍ　＆Ｅ　　　　－ｙｙｐｇ［　，（）：Ｔｅｃｈｎｏｌｏ２０１０，３９８４７－４９．Ｅｎｉｎｅｅｒｉｎｇｙｇｇ　

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［］刘宝运，金士良，等．模糊控制在液体粘性离合器中的１０　洪跃，

］（）：应用［机械设计与研究，Ｊ．２００８，２４１５８－６７．

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［］先进Ｐ北京：电子工业１１ＩＤ控制ＭＡＴＬＡＢ仿真［Ｍ］．　刘金琨．

出版社，２０１１．

ＬＩＵＪｉｎｋｕｎ．ＭＡＴＬＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｄｖａｎｃｅｄＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ　　　　　　［Ｍ］：Ｐ．Ｂｅｉｉｎｕｂｌｉｓｈｉｎｏｕｓｅｆｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｏ　Ｅｊｇｇ　Ｈ，Ｉｎｄｕｓｔｒ２０１１．ｙ