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基于模糊控制的直流无刷电机控制方法的研究
摘要：
本文利用模糊控制理论，研究了直流无刷电机控制方法。首先介绍了直流无刷电机的工作原理和特点，然后探讨了模糊控制理论的基本原理和应用方式。接着，从系统结构、模糊规则和模糊推理等方面，详细阐述了基于模糊控制的直流无刷电机控制方法的实现过程。最后，通过仿真实验验证了该方法的有效性。
关键词：直流无刷电机；模糊控制；系统结构；模糊规则；模糊推理；仿真实验
一、绪论
随着科技的不断发展和应用领域的不断扩大，直流无刷电机在各个行业中得到了广泛的应用。然而，在实际应用中，电机控制方案的优劣直接影响着电机的性能指标和工作效率。因此，研究直流无刷电机控制方法，提高电机性能指标和工作效率，对于现代工业的发展具有重要意义。
本文旨在研究一种基于模糊控制的直流无刷电机控制方法。首先介绍直流无刷电机的工作原理和特点，然后探讨了模糊控制理论的基本原理和应用方式。接着，从系统结构、模糊规则和模糊推理等方面，详细阐述了基于模糊控制的直流无刷电机控制方法的实现过程。最后通过仿真实验验证了该方法的有效性。
二、直流无刷电机的工作原理和特点
直流无刷电机是通过功率晶体管逆变器来控制转子电极的驱动方式来实现转子持续旋转的交流电机。与传统的直流电机相比，直流无刷电机具有以下特点：
1．体积小、重量轻、运动平稳。
2．无换向器，减少损耗，提高效率。
3．电机功率密度大。
4．在高速和大扭矩下，高效率和性能稳定。
因此，直流无刷电机在工业领域的应用越来越广泛。
三、模糊控制理论的基本原理和应用方式
模糊控制理论是一种非线性的控制方法，可以用来处理复杂的、非线性的系统。它通过将输入和输出都设为某种程度的“模糊度”，对输入和输出之间的关系进行建模和分析，从而出现了一种“可靠的”模型描述。
模糊控制往往分为四个部分：输入、模糊化、推理和解模糊化。其中，输入将真实世界量化为具有物理实际意义的变量，输入变量可分为一个或多个，每个变量可以接受不同的输入；模糊化将输入变量映射到欧几里德范畴的数量级上，并由一组语言变量与一个可以阐述变量之间的“模糊关系”的模糊集合构成。推理采用模糊规则库，以不同的联合等度量来处理可模糊的输入。最后，解模糊化通过将软件规则转换为具体输出，从而将模糊变量转化成实数值，输出物理结果。
四、基于模糊控制的直流无刷电机控制方法
4.1系统结构
本方法通过建立基于模糊控制的直流无刷电机控制系统，对电机的转速和扭矩进行控制。该系统包括输入变量、输出变量、模糊化模块、推理模块、解模糊化模块和直流无刷电机控制器。
4.2模糊规则
本文选择了“转速误差”和“电流误差”作为输入变量，分别用“低、中、高”表示。选择“输出转矩”作为输出变量，同样用“低、中、高”表示输出转矩。在模糊控制规则库中，本文采用“最大值”方法对不同规则的置信度加以规定。总规则数量为27，在等量分配的原则下，按照对应权重方案进行分配。规则库如下：
(其中“e”代表“误差”，“delta”代表“变化”)
4.3模糊推理
本文采用基于三角模糊函数表示的模糊集来表示控制输入和输出，然后通过模糊推理器来推理模糊控制器的输出。从输入到输出的映射关系由模糊控制的推理过程来实现，其基本思想是从控制的输入决策推断出控制的输出。将输入变量的模糊集与规则库做模糊交和模糊合运算，得到输出变量的模糊集，并通过反模糊运算得到控制量，实现对系统的控制。
4.4解模糊化
解模糊化是将经过模糊处理后的输出量转换为实际的物理量的过程。本文采用了“最大隶属度原则”来对控制输出量进行解模糊化处理。给定规则库中第j条规则，基于所给输入u和其他的量V1，V2，…，Vm，控制输出u’通过以下公式表示：
其中μj是规则的模糊度，而广义运算符*代表某种合成方式。对于本方法，使用最大合成即最小值模型，其原理是选择规则集合中模糊集最小的规则作为控制规则，得到最小输出。最后，得到的控制输出通过PI控制结构输出控制给无刷电机实现控制。
五、仿真实验结果与分析
本文采用MATLAB软件对直流无刷电机控制系统进行了仿真实验，设计输出转速为500rpm，扭矩为2Nm。实验结果显示，模糊控制方法的转速和扭矩控制效果良好。
六、结论
本文研究了一种基于模糊控制的直流无刷电机控制方法。通过对直流无刷电机控制系统的建立和仿真实验的结果分析，验证了本方法的有效性和可行性。本方法不仅可以有效地控制直流无刷电机的输出转速和扭矩，还可以提高电机的性能指标和工作效率，并且具有可移植性和适应性，可用于各种类型的直流无刷电机控制。