直流電機具有良好的調(diào)速性能，如無級調(diào)速、調(diào)速范圍寬、低速性能好、高起動轉(zhuǎn)矩、高效率等。無刷直流電機由于采用電子換向，PWM調(diào)速，在進一步提高直流電機性能的同時又克服了直流電機機械換向帶來的一系列問題，從而大大延長了電機的使用壽命，近年來已廣泛應用于家電、汽車、數(shù)控機床、機器人等領域。 
無刷直流電機的速度控制方案：
對無刷直流電機轉(zhuǎn)速的控制即可采用開環(huán)控制，也可采用閉環(huán)控制。與開環(huán)控制相比，速度控制閉環(huán)系統(tǒng)的機械特性有以下優(yōu)越性：閉環(huán)系統(tǒng)的機械特性與開環(huán)系統(tǒng)機械特性相比，其性能大大提高；理想空載轉(zhuǎn)速相同時，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率（額定負載時電機轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比）要小得多；當要求的靜差率相同時，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以大大提高。 無刷直流電機控制器可采用電機控制專用DSP，也可采用單片機＋無刷直流電機控制專用集成電路的方案。前者集成度高，電路設計簡單，運算速度快，可實現(xiàn)復雜的速度控制算法，但由于DSP的價格高而不適合于小功率低成本的無刷直流電機控制器。后者雖然運算速度低，但只要采用適當?shù)乃俣瓤刂扑惴ǎ廊豢梢赃_到較高的控制精度，適合于小功率低成本的無刷直流電機控制器。 
閉環(huán)速度調(diào)節(jié)器采用比例積分微分控制（簡稱PID控制），其輸出是輸入的比例、積分和微分的函數(shù)。PID調(diào)節(jié)器控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易整定，不必求出被控對象的數(shù)學模型，因此PID調(diào)節(jié)器得到了廣泛的應用。
PID調(diào)節(jié)器雖然易于使用，但在設計、調(diào)試無刷直流電機控制器的過程中應注意：PID調(diào)節(jié)器易受干擾、采樣精度的影響，且受數(shù)字量上下限的影響易產(chǎn)生上下限積分飽和而失去調(diào)節(jié)作用。所以，在不影響控制精度的前提下對PID控制算法加以改進，關(guān)系到整個無刷直流電機控制器設計的成敗。
電機速度設定值可以通過一定范圍內(nèi)的電壓來表示。系統(tǒng)中采用了串行A／D來實現(xiàn)速度設定值的采樣。但在電機調(diào)速的過程中，電機控制器的功率輸出部分會對A／D模擬輸入電壓產(chǎn)生干擾，進行抗干擾處理。
非線性變速積分的PID算法：
（1）PID算法的數(shù)字實現(xiàn)
離散形式的PID表達式為： 其中：KP，KI，KD分別為調(diào)節(jié)器的比例、積分和微分系數(shù)；E（k），E（k－1）分別為第k次和k－1次時的期望偏差值；P（k）為第k次時調(diào)節(jié)器的輸出。
比例環(huán)節(jié)的作用是對信號的偏差瞬間做出反應，KP越大，控制作用越強，但過大的KP會導致系統(tǒng)振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。積分環(huán)節(jié)的作用雖然可以消除靜態(tài)誤差，但也會降低系統(tǒng)的響應速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，減小KI可以降低系統(tǒng)的超調(diào)量，但會減慢系統(tǒng)的響應過程。微分環(huán)節(jié)的作用是阻止偏差的變化，有助于減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，但其對干擾敏感，不利于系統(tǒng)的魯棒性。
（2）經(jīng)典PID算法的積分飽和現(xiàn)象
當電機轉(zhuǎn)速的設定值突然改變，或電機的轉(zhuǎn)速發(fā)生突變時，會引起偏差的階躍，使｜E（k）｜增大，PID的輸出P（k）將急劇增加或減小，以至于超過控制量的上下限Pmax，此時的實際控制量只能限制在Pmax，電機的轉(zhuǎn)速M（k）雖然不斷上升，但由于控制量受到限制，其增長的速度減慢，偏差E（k）將比正常情況下持續(xù)更長的時間保持在較大的偏差值，從而使得PID算式中的積分項不斷地得到累積。當電機轉(zhuǎn)速超過設定值后，開始出現(xiàn)負的偏差，但由于積分項已有相當大的累積值，還要經(jīng)過相當一段時間后控制量才能脫離飽和區(qū)，這就是正向積分飽和，反向積分飽和與此類似。解決的辦法：一是縮短PID的采樣周期（這一點單片機往往達不到），整定合適的PID參數(shù)；二是對PID算法進行改進，可以采用非線性變速積分PID算法。
（3）變速積分的PID算法
變速積分PID算法的基本思想是改變積分項的累加速度，使其與偏差的大小相適應。偏差大時，減弱積分作用，而在偏差較小時則應加強積分作用，為這時PID算法可改進為：f的值在0～1區(qū)間變化，當偏差大于A＋B時，證明此時已進入飽和區(qū)，這時f＝0，不再進行積分項的累加；｜E（k）｜≤A＋B時，f隨偏差的減小而增大，累加速度加快，直至偏差小于B后，累加速度達到****值1。實際中A，B的值可做一次性整定，當A，B的值選得越大，變速積分對積分飽和抑制作用就越弱，反之越強。筆者的經(jīng)驗：取A＝30％［｜E（k）｜］MAX，B＝20％［｜E（k）｜］MAX為宜。
（4）非線性變速積分的PID算法
變速積分用比例作用消除了大偏差，用積分作用消除小偏差，大部分情況下可基本消除積分飽和現(xiàn)象，同時大大減小了超調(diào)量，容易使系統(tǒng)穩(wěn)定，改善了調(diào)節(jié)品質(zhì)，但對于在大范圍突然變化時產(chǎn)生的積分飽和現(xiàn)象仍不能很好地消除，這時可采用非線性變速積分的PID算法。 
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