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摘 要 传统的无刷直流电机（Brushless DC Motor,BLDCM）的控制方式通常采用转速PI控制,转速电流PI控制等控制策略,这类控制方法简单,但同时也存在一些转速误差较大,转矩抖动明显等问题.为解决这些问题,采用矢量控制策略,并提出积分滑模算法（Sliding Mode Control, C）代替电流q轴分量PI调节算法.通过搭建该调速系统仿真模型及实验分析,和传统PI控制算法相比,该系统转速跟踪误差小,转矩抖动明显减小,系统动态响应快,鲁棒性强.
关键词 无刷直流电机；矢量控制；积分型滑模控制；比例积分微分控制
中图分类号 TM301.2 文献标识码 A 文章编号 1000-2537（2017）03-0064-08
Vector Control of Brushless DC Motor Based on Sliding Mode Control
LIU Jian-lin1,2*, LUO De-rong 1, HAN Jian 1, LI Liang-tao2
（1.Hunan Mechanical and Electrical Polytechnic, Changsha 410151, China；
2. College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China）
Abstract The control method of Brushless DC Motor （BLDCM） usually adopts the control strategy of speed PI control and speed current PI control. Such control method is simple, but there are some problems such as large error of rotational speed, obvious torque jitter and other issues. To tackle these problems, vector control strategy is used and an integral sliding-mode control algorithm（ C） is proposed to replace the current PI control algorithm. Compared with the traditional PI control algorithm, this system has small speed error and small torque jitter. The dynamic response of the system is fast and the robustness is strong.
Key words brushless DC motor； vector control； integral sliding mode control； proportional integral derivative（PID） control
无刷直流电机是一种新型的由电机主体和驱动器组成的机电一体化产品.由于其良好的控制性能,较宽的调速范围,大的启动转矩以及高效率,运行平稳等优点广泛应用于汽车,工业自动化,航空航天等方面.传统的无刷直流电机一般采用PI控制,算法简单,易于控制,但缺点也很明显：噪声高,转矩脉动大,对电机控制效率不高.
近年来,包括矢量控制,直接转矩控制策略,以及模糊控制,神经网络控制,滑模控制算法在内的许多现代控制理论被逐渐应用到无刷直流电机的调速系统中.其中,滑模控制由于具有很强的鲁棒性以及对系统参数要求低等优点越来越受关注.文献[1]对永磁无刷直流电机的几种典型驱动电路拓扑结构,以及转矩脉动抑制,无位置传感器控制等进行介绍并对其发展趋势进行介绍.文献[2]在传统PID控制算法基础上设计了神经网络控制,这不仅提高了响应速度,而且提高了精度,但系统抖振问题并没有解决.文献[3]设计了永磁无刷直流电机的模糊PI控制,有效提高了响应速度和精度,却不能解决系统抖振问题.文献[4]设计了无刷直流电机的矢量控制,并搭建了Matlab仿真模型,对转速,转矩波形进行分析,发现响应速度和控制精度得到进一步提高,但是没能进行实验验证.文献[5]设计了积分滑膜变结构代替原来PID控制,使得响应速度进一步提高,并且增强系统鲁棒性.文献[6]在永磁同步电机矢量控制的基础上用积分滑膜结构代替PID控制,并设计了负载转矩观测器,能有效提高精度,加快系统响应速度,并且有效降低负载抖振问題.文献[7]设计了基于扩张状态观测器的BLDCM的滑模变结构控制,这有效抑制外界的干扰,对于系统抖振的抑制起到一定作用.文献[8]在传统直接转矩控制的基础上,设计了一种超空间矢量的DTC控制,该策略不需要检测转子位置信号,对原有系统进行极大简化.郭鸿浩等[9]设计了无刷直流电机的自适应滑模观测器,能对其反电动势进行实时估测,和之前的查表法相比更精确.史婷娜等[10]则设计了基于改进型滑模观测器的无刷直流电机的无位置传感器控制,使得系统响应速度加快,增强其鲁棒性.
为克服电机负载运行时转矩波动大,稳态控制精度不高和抖震,本文在矢量控制的基础上提出一种基于积分滑模设计的滑模控制算法,对电机的d—q轴电流调节采用PI控制算法,对电机速度调节采用滑模控制算法.通过仿真分析,这种控制算法可以更好抑制负载引起的转速波动,有效提高抗负载扰动性能.
1 无刷直流电机数学模型
现以两极三相无刷直流电机为例,直接利用电动机相变量建立数学模型.
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参考文献：
1、 基于DSP的双直流电机控制系统设计 摘要：针对多电机同步控制系统中调速、换向等问题，基于自动控制技术，设计以PC机为上位机、DSP为下位机能够同时调节双直流电机转速和转向的，以及选。
2、 基于嵌入式DSP的小功率无刷直流电机控制系统的仿真 摘要：无刷直流电机（BLDCM）是最近几十年迅速发展起来的一类新型永磁电机，它实现了电子换向取代机械换相。本论文介绍无刷直流电机应用领域以及发展。
3、 基于FPGA的无刷直流电机控制器设计 摘 要： 针对现有直流无刷电机控制器设计方案的不足，提出一种基于FPGA平台的无刷直流电机控制器设计方案，采用FPGA设计电机转速、电流双闭环控。
4、 无刷直流电机调速系统模糊神经元PID控制 摘 要： 针对传统PID控制应用于无刷直流电机调速系统存在调节时间长、动态调节特性差及抗干扰能力弱等问题，提出一种基于模糊神经元PID控制的无刷。
5、 基于微粒群优化算法的直流电机控制系统 摘 要： 针对现有直流电动机控制系统的特点和存在的问题，介绍以STM32单片机为控制核心的直流电机数字调速控制系统。该系统利用PWM信号驱动控制。
6、 高精度无刷直流电机模糊控制系统FPGA实现 摘 要： 为了解决无刷直流电机控制准确性低和不稳定性问题，设计实现了一种高精度无刷直流电机模糊控制系统，以FPGA作为设计的硬件处理平台。硬件电。