無刷電機的出現(xiàn)使傳統(tǒng)式的炭刷和換向器構(gòu)造獲得了提升，但傳統(tǒng)式的控制方案卻已不具備通用性，在一定水平上限定了無刷電機的運用。文中詳細(xì)介紹了無刷電機的構(gòu)造和原理，隨后剖析了傳統(tǒng)式PID優(yōu)化算法的理論基礎(chǔ)，最終選用模煳PID控制優(yōu)化算法對無刷電機的控制方案進(jìn)行了優(yōu)化提升。

1.無刷電機的原理

無刷電機主要由電樞繞組、永磁體、定子、轉(zhuǎn)子、電子換向器等結(jié)構(gòu)組成，其中電樞繞組組裝在定子上，永磁體磁極組裝在轉(zhuǎn)子上，電子換的應(yīng)用使傳統(tǒng)電機的電刷和換向器不復(fù)存在。根據(jù)應(yīng)用場合的不同，電機繞組的相數(shù)可以不盡相同，轉(zhuǎn)子對數(shù)也有多種形式，繞組的連接可以采用星型和封閉型兩種，但由于封閉繞組具有較高的損耗，效率也不高，因此大部分無刷電機的繞組采用星型連接。不同型號的電子換相器可能具有不同的結(jié)構(gòu)形式，因此又有橋式換向器和非橋式換向器的區(qū)分，其中非橋式換向器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但由于效率不高，實際很少應(yīng)用，故格式換向器是主流。

電流經(jīng)過某相定子時會產(chǎn)生逆變交流信號，交流信號在氣隙的作用下感應(yīng)出旋轉(zhuǎn)磁場推動轉(zhuǎn)子運動?；魻杺鞲衅鲗崟r測量轉(zhuǎn)子位置并將功率開關(guān)管有序?qū)ǎ?qū)動無刷電機持續(xù)運轉(zhuǎn)。根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和換相關(guān)系的不同，功率開關(guān)管的導(dǎo)通或截止相序也不同，從而控制無刷電機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

    2.無刷電機PID 算法：模煳控制

傳統(tǒng)的有刷電機需要設(shè)計電刷和換向器，因此存在機械摩擦和換相火花等問題，導(dǎo)致壽命不長，可靠性也較差。為了解決這一問題，無刷電機應(yīng)運而生。無刷電機不再采用電刷和換向器結(jié)構(gòu)，取而代之的是電子換相法，因而大大提高了電機的總體性能。然而，這種性能提高是以控制系統(tǒng)的復(fù)雜化為代價的。由于無刷電機在結(jié)構(gòu)上較復(fù)雜，非線性和時變特性也更加顯著，因此傳統(tǒng)的 PID 控制算法很難滿足精度要求。為此，需要探討新的控制算法，以適應(yīng)無刷直流電機日益廣泛的應(yīng)用需求。

當(dāng)前的無刷電機控制系統(tǒng)廣泛采用PID算法，所謂PID控制算法就是由比例、積分、微分三部分組合在一起，動態(tài)地修正系統(tǒng)誤差的一種控制體系。如果被控制對象的數(shù)學(xué)模型可以被準(zhǔn)確地描述，那么PID久可以獲得很高的控制精度。此外，PID控制算法還簡單易行、調(diào)試方便、可靠穩(wěn)定、動態(tài)性能好等許多優(yōu)點，因而成為運動控制領(lǐng)域中應(yīng)用最為普遍的方案。

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