基于模糊控制的无刷直流电机速度控制系统设计.pdf

无刷直流电机（BLDC）具有体积小、功率密度高、结构简单和良好的速度调节性能，使得其在机电能量转换领域得到了广泛的应用。然而，无刷直流电机的多变量、强耦合和非线性特性使得采用传统的PID控制方法难以在线找到合适的参数，因此很难达到理想的控制效果。自适应控制算法虽然可以识别参数并预估电机状态，但这些算法大多是基于线性模型的，对于非线性控制对象的精确性和实时性控制要求往往难以满足。而模糊控制虽然不需要精确的控制对象模型，但由于其依赖主观的专家控制规则，往往无法满足不同控制对象的要求。 为了解决这些问题，本研究提出了将模糊控制与自适应控制相结合的策略，设计了一种基于多目标克隆选择算法优化的模糊自适应PID控制器。通过在Matlab2012/Simulink中搭建仿真模型，包括电机本体主回路模块、逻辑换相模块、速度环模块以及电流PI控制器模块，研究了无刷直流电机双闭环控制系统的性能。 研究首先简述了无刷直流电机的组成结构和运行原理，并对其数学模型进行了学习。随后完成了对无刷直流电机双闭环控制系统的建模，其中系统的外环转速调节模块采用了多目标克隆选择算法优化过的模糊自适应PID控制器，内环调节器则采用传统的PI控制器。 本研究提出了两种优化模糊控制规则的方法。第一种方法是利用多目标克隆选择算法来优化模糊控制规则，该算法能够在全局搜索中避免局部最优解的出现，从而得到整体上的最优控制规则。第二种方法是基于精英导向机制的模糊控制，它可以根据决策者的偏好快速有效地进行定向搜索，以获得Pareto最优解。 仿真结果显示，基于多目标克隆选择算法优化的模糊控制器，在系统响应时间、稳定性、控制精度以及鲁棒性和自适应性方面均显示出优势。具体来说，该控制器具有上升时间短、无超调和稳态误差小等特点，显示出系统具有较强的鲁棒性和自适应性。 本文的关键知识点主要包括无刷直流电机的控制原理、多目标克隆选择算法、模糊控制策略以及PID控制方法的改进。研究不仅为无刷直流电机的速度控制提供了新的设计方案，而且提出的方法具有广泛的应用前景和重要的理论及实用价值。