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合肥工业大学

硕士学位论文

基于模糊控制的永磁同步电机速度控制系统设计

姓名：唐闻新

申请学位级别：硕士

专业：电力电子与电力传动

指导教师：葛锁良

2011-05

基于模糊控制的永磁同步电机速度控制系统设计
摘要
交流永磁式同步电机（PermanentMagnetSynchronousMachine简称
PMSM）得名于其转子采用永磁材料励磁。与感应电机相比较，永磁同步电机
不需要励磁电流，定子与转子的磁场无相对运动、没有滑差损耗。与永磁式无
刷直流同步电机相比较，交流永磁式同步电机拥有转矩脉动较小等特点，更适
用于高精度和高性能的场合，尤其在是直接驱动或者低速运行的时候比直流同
步电机的性能更好。同普通步进电机相比，永磁式同步电机控制系统具有更高
的运行速度，运行性能更稳定，位置控制能力更强。随着控制技术和永磁材料
技术的发展，由正弦波永磁式同步电机构成的调速系统正逐渐成为现代电力传
动系统的主流。
在传统的控制系统设计中，越是性能好的控制系统越需要被控制对象的数
学模型更加精确。但是在很多生产过程，要想得到一个既能提供足够的精确性，
又能便于控制系统进行分析的数学模型是非常困难的。模糊控制就是将人的经
验进行总结，按照总结出的控制经验形成控制规则，由控制规则构成一个控制
器以取代人对复杂的生产过程进行控制。随着先进的模糊思想向传统的控制领
域的渗透，为控制理论的发展开辟了新方向，提供了模糊控制这一新的设计方
法。
本文分析了传统PID控制和模糊控制的特点。针对传统PID速度控制器参
数确定后就不能随系统运行状态进行调整的缺点，设计了一种模糊PID速度控
制器。并在MATLAB中建立仿真模型，进行了仿真及比较。在PID控制器中，
比例部分的作用是使系统输出趋向设定值；积分部分的作用是改善系统稳态时
的性能，降低稳态误差；而微分部分的作用则体现在超调量的减小上。但是三
个控制部分又会相互影响，使得其他控制的性能有所降低。为了能均衡三个控
制系数的作用，加入了模糊控制对三个参数进行自整定。模糊PID控制系统的
超调量明显减小，并且消除稳态误差的速度得到了提高，稳态时的纹波也减小

了不少。使得系统的性能总体上得到了改善，体现了模糊控制的优点。

关键词：永磁同步电机模糊PID参数自整定

BasedonFuzzyControlofPermanentMagnetSynchronous
Motorspeedcontrolsystem
Abstract
PermanentMagnetSynchronousMachineshortPMSMisnamedafteritsrotor
permanentmagnetexcitation.Comparedwiththeinductionmotor,permanent
magnetsynchronousmotordoesnotneedexcitingcurrent,thestatorandrotor
magneticfieldisnorelativemovement,thereisnosliploss.Andpermanent
magnetbrushlessDCsynchronousmotorcomparedtoACpermanentmagnet
synchronousmotorhaslesstorqueripple,etc.,itismoresuitableforhigh
precisionandhighperformanceoccasions,especiallyindirectdriveandlow
speed,thePMSMhasbetterperformance.Comparedwithordinarystepper
motors,permanentmagnetsynchronousmotorcontrolsystemhasahigherspeed,
morestableoperatingperformance,andthebatterpositioncontrol.Withthe
developmentofthecontroltechnologyandmagneticmaterialstechnology,the
sinewavecomposedofpermanentmagnetsynchronousmotorcontrolsystemis
becomingthemainstreamofmodernpowertransmissionsystem.
Inthetraditionalcontrolsystemdesign,themoregoodcontrolsystem
performancemoreneedstobecontrolledmorea