基于模糊控制器的設(shè)計(jì)及在開關(guān)磁阻直線電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用研究

開關(guān)磁阻直線電機(jī)結(jié)合傳統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)和直線電機(jī)優(yōu)勢(shì)，電機(jī)動(dòng)子直接與負(fù)載相關(guān)聯(lián)，消除了傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，減少了損耗，降低了成本，同時(shí)電機(jī)具有起動(dòng)力矩大，過載能力強(qiáng)，調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。相比其他的交流直線電動(dòng)機(jī)，LSRM在高精度加工以及大功率傳輸方面有更廣泛的應(yīng)用前景。但是LSRM是一個(gè)多變量高度耦合、非線性很嚴(yán)重的系統(tǒng)，常規(guī)控制方法因?yàn)?a target="_blank">參數(shù)的變化不能在整個(gè)工作范圍內(nèi)兼顧穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能要求，難以獲得良好的控制效果。近來發(fā)展起來的 Fuzzy控制是一種仿人智能控制法，它不依賴被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，便于利用人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)實(shí)行控制，這對(duì)于一些復(fù)雜可變或結(jié)構(gòu)不確定，難以用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型描述的系統(tǒng)而言是非常適宜的，具有較強(qiáng)的魯棒性，特別是對(duì)于無法確定的復(fù)雜對(duì)象具有較好的控制性能。本文用Matlab仿真，通過模糊控制和PD控制的比較，證實(shí)了模糊控制在大范圍變動(dòng)時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，超調(diào)小，且具有良好的魯棒性。為開關(guān)磁阻直線電動(dòng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用提供了一種有效的方法。

1、LSRM結(jié)構(gòu)

開關(guān)磁阻直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，電動(dòng)機(jī)由動(dòng)子和定子兩部分組成，動(dòng)子結(jié)構(gòu)件由鋁型材制作，慣性小，磁路隔離效果好，3個(gè)相同的繞組安裝在動(dòng)子上，三相繞組間按互差120°電角度排放；定子導(dǎo)軌由條狀O．5 mm厚的硅鋼片疊成。電動(dòng)機(jī)電氣和機(jī)械參數(shù)見表1。

2、LSRM數(shù)學(xué)模型

直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的單相回路電壓平衡方程為：

式中：Uj為j相繞組的電壓；Rj為j相繞組的電阻；ij為j相繞組的電流；ψj為j相繞組的磁鏈。

這里電感Lj是相電流ij和動(dòng)子相對(duì)位移x的函數(shù)。

將式（1）代人式（2）中，可得：

式中：M是電機(jī)動(dòng)子的質(zhì)量；B是摩擦系數(shù)；x是動(dòng)子位置；fe是電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)力。

盡管上述LSRM的數(shù)學(xué)模型從理論上完整、準(zhǔn)確地描述了LSRM電動(dòng)機(jī)中的電磁及力學(xué)關(guān)系，但由于L（x，i）以及i（x）難以解析，使用起來卻很麻煩，往往根據(jù)要求和實(shí)際情況做簡(jiǎn)化。

3、LSRM線性電感模型

一般在進(jìn)行開關(guān)磁阻電機(jī)控制時(shí)對(duì)電感模型做線性化處理，在線性模型中做如下假設(shè)：

（1）忽略磁通邊緣效應(yīng)和磁路非線性，且磁導(dǎo)率為無窮大，因此繞組電感是動(dòng)子位置函數(shù)的分段線性函數(shù)；

（2）忽略所有功率損耗；

（3）功率管開關(guān)動(dòng)作瞬間完成；

（4）電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。

LSRM移動(dòng)時(shí)動(dòng)子的凸極對(duì)應(yīng)定子的凹極時(shí)，電感最小，對(duì)應(yīng)定子的凸極時(shí)，電感最大，電機(jī)在運(yùn)動(dòng)的過程中，電感會(huì)發(fā)生周期性變化，這個(gè)周期，稱之為電感周期。本文后面所討論的電流的控制以及瞬時(shí)力矩的控制都是在一個(gè)電感周期內(nèi)來討論的。電感和定動(dòng)子相對(duì)位置關(guān)系如圖2所示。

4．2 模糊控制器的設(shè)計(jì)

模糊控制器的控制框圖如圖4所示。Ke，Kc為量化因子，Ku為比例因子，輸入量為位移偏差e，位移偏差變化量為△e，控制量為電流i，論域{-6-5-4-3-2-1 0 l 2 3 4 5 6}。

選取7個(gè)常用的語言變量值，即負(fù)大（NB）、負(fù)中（NM）、負(fù)小（NS）、零（ZE）、正小（PS）、正中（PM）和正大（PB）。位移偏差E，位移偏差變化量EC及控制量I的模糊子集均為{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}。圖5是它們的隸屬度函數(shù)。

6、 結(jié) 語

提出了基于模糊控制的開關(guān)磁阻電機(jī)位置控制的方法，與傳統(tǒng)的PD控制器比較，可靠性更高，有更好的過渡過程，抗干擾能力強(qiáng)，能夠達(dá)到較好的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性。該模糊控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，具有一定的應(yīng)用前景。

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