改进遗传优化的无刷直流电机模糊PID控制
文献综述--无刷直流电机
文献综述 无刷直流电动机： 时间轴： 1955年—无刷电机诞生 1978年—无刷电机进入实用阶段 20世纪—无传感器无刷电机研制成功 无刷电动机的诞生标志是1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，可靠性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点，以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运行可靠、易于控制。其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。 在结构上，与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同，直流无刷电动机可分为方波直流电动机（BLDCM）和正弦波直流电动机（PMSM），BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相，由永磁材料做转子，省去了电刷；而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同的条件下，驱动电路要获得方波比较容易，且控制简单，因而BLDCM的应用较PMSM要广泛的多。 无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。 由于位置传感器的使用有如下缺点： (1)增大电机尺寸； (2)传感器信号传输线太多，容易引起干扰；
开题报告--无刷直流电机的控制系统
合肥师范学院本科生毕业论文（设计）开题报告 （学生用表） 装 订 线
第l章主要叙述了无刷直流电机的发展趋势、无刷直流电机的控制技术、研究背景及意义。 第2章首先介绍了无刷直流电机的基本结构和工作原理，然后给出了常见的无刷直流电机的数学模型及其推导过程，在此基础上对无刷直流电机的稳态特性进行了详细分析。 第3章对本控制系统的总体结构和设计进行介绍。主要包括控制系统的整体方案，控制芯片，控制技术以及控制策略的选择。 第4章对控制系统的硬件电路进行设计，包括DSP最小系统、功率驱动电路、采样检测电路、保护电路等的设计，并对各个部分进行了详细的分析。 第5章以TI公司的CCS开发环境为开发工具，对整个控制系统的软件部分进行了设计。 第6章总结与展望，总结了本文的主要工作，展望了以后工作的研究方向。 五、可行性分析 此次研究是在指导老师的指导下搜集，查阅相关资料，确定能够通过应用DSP 芯片进行控制是最优方案，采用TI公司的TMS320F2812作为控制器。根据现在无刷直流电机的控制技术的发展水平和未来的发展趋势及可操作性进行分析，该课题能够顺利进行。 六、设计方案 6.1无刷直流电机的基本结构 无刷直流电机的设计思想来源于利用电子开关电路代替有刷直流电机的机械换向器。普通有刷直流电机由于电刷的换向作用，使得电枢磁场和主磁场的方向在电机运行的过程中始终保持相互垂直，这样能够产生最大的转矩，从而驱动电机不停地运转下去。无刷直流电机取消电刷实现了无机械接触换相，做成“倒装式直流电机"的结构，将电枢绕组和永磁磁钢分别放在定子和转子侧。无刷直流电机必须具有由控制电路、功率逆变桥和转子位置传感器共同组成的换相装置以实现电机速度和方向的控制[5]。因此，可以认为无刷直流电机是典型的机电一体化器件，其基本结构由电动机本体、驱动控制电路及转子位置传感器三部分组成，如图所示。 无刷直流电机的构成 6.2无刷直流电机的工作原理 普通直流电机的电枢在转子上，而定子产生固定不变的磁场。为了使直流电机旋转，需要通过换相器和电刷不断地改变电枢绕组中电流的方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂直，从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转[6]。 无刷直流电动机为了去掉电刷，将电枢放到定子上，而转子做成永磁体，这样的结构正好与普通直流电动机相反。然而即便是这样的改变仍然不够，因为直流电通入
直流无刷电机的模糊PI速度控制
微型调速气泵的模糊PI速度控制 摘要：本文探究配置直流无刷电机的可调速微型气泵的一种控制模式，在分析微型气泵电机数学模型的基础上，将模糊控制与传统的PID控制相结合，设计了模糊PI微型气泵无刷电机的速度控制器，并应用于调速伺服系统。通过对应用最广的“气海”品牌微型调速气泵VLK5005等多种型号的仿真实验表明，用模糊PI控制器代替普通的PI控制器，可以使调速气泵BLDC的整体性能得到显著改善，是高性能调速气泵BLDC调速系统开发的一个重要方向。 关键词：模糊PI控制，微型调速气泵，直流无刷电机，智能控制 引言 随着电力电子技术、微电子技术、控制理论以及永磁材料的快速发展，配置无刷直流电机(BLDC)的微型气泵（调速气泵）得以迅速推广，目前国内著名的气海品牌已经占据非常大的市场份额。当微型气泵BLDC调速系统用于要求调速性能、控制精度较高的场合时(如机器人、航天航空、精密电子仪器设备等)，调速气泵BLDC的快速性、稳定性以及鲁棒性是衡量其性能优劣的
重要指标。而微型调速气泵BLDC是一个多变量、强耦合、非线性、时变的复杂系统，当系统负载或参数发生变化时，传统的PI控制将难以达到设计的预期效果。因此在这类高度非线性的系统中，采用智能控制方法则是极有前景的，它具有提高系统快速性、稳定性和鲁棒性的潜力。模糊控制是智能控制中最常用的方法之一，它不依赖于控制系统的数学模型。对系统参数的变化不敏感。具有快速性及鲁棒性强的特点，因此很适合微型调速气泵BLDC控制系统的要求。 本文采用基于模糊PI控制器的速度控制方法，对无刷直流微型调速气泵进行速度控制。它能发挥模糊控制鲁棒性能强、动态响应好、上升时间快、超调小的特点，又具有PI控制器的动态跟踪品质和稳态精度。对其进行仿真结果表明，该方法能取得良好的控制效果。 1、模糊控制器在微型调速气泵BLDC调速系统中的应用 常见的微型气泵BLDC控制系统采用双闭环控制，即速度环、电流环控制。传统上采用PI控制，结构简单、可靠、稳定，但它难以克服负载、模型参数等发生大范围变化时以及非线性因素的影响。因而无法满足高性能、高精度场合的要求。而自适应PI控制器则结构复杂、计算量大、实时性差，在快速运动控制中受到一定的限制。将模糊控制器直接用于微型调速气泵BLDC 速度控制，则可以充分发挥模糊控制器适应于非线性时变系统、滞后系统的优点。取得好的控制效果和强的鲁棒性，且因不需建
无刷直流电机速度的模糊控制方法
无刷直流电机速度的模糊控制方法 一、引言 随着电力电子技术、微电子技术、控制理论以及永磁材料的快速发展，无刷直流电机（BLDG）得以迅速推广。当BLDC调速系统用于要求调速性能、控制精度较高的场合时（如机器人、航天航空、精密电子、仪器设备等地方），BLDC的快速性、稳定性以及鲁棒性是衡量其性能优劣的重要指标。 传统的BLDC调速系统常采用PI控制，它算法简单，参数调整方便，有一定的控制精度。但PI控制本质是一种线性控制，需要控制系统的精确数学模型，而BLDC 是一个多变量、强藕合、非线性、时变的复杂系统，当系统负载或参数发生变化时，PI控制将难以达到设计的预期效果。 在BLDC这类高度非线性的系统中，采用智能控制方法则是极有前景的，它具有提高系统快速性、稳定性和鲁棒性的潜力。模糊控制是智能控制中最常用的方法之一，它不依赖于控制系统的数学模型，对系统参数的变化不敏感，具有快速性及鲁棒性强的特点，因此很适合BLDC控制系统的要求。 目前，BLDC速度的模糊控制已得到较多研究，各种模糊控制策略的应用散见于各类BLDC文献，而应用较多的模糊控制策略主要有：基于简单模糊控制器的速度控制方法，基于模糊-PI复合控制器的速度控制方法，基于模糊PID（PI）控制器的速度控制方法，基于自适应、自组织、自学习模糊控制器的速度控制方法，以及基于集成及智能模糊控制器的速度控制方法。 本文简单介绍了模糊控制的基本原理，并在广泛参考国内外BLDC速度控制文献的基础上，对在BLDC速度控制中常用的各种模糊控制方法、策略及具体应用，进行了详细归纳和总结。可以看出，用模糊控制器或其混合控制器代替普通的PI控制器，可以使BLDC的整体性能得到显著改善，是高性能BLDG调速系统开发的一个重要方向。 二、模糊控制基本原理
无刷直流电机系统参考模型模糊控制的研究
收稿日期：2017－08－09 基金项目：国家创新研究群体基金 “超高频局部放电标准信号源研制及放电量标定方法研究” （51321063）；国家重点基础研究发展计划（973计划）（2012CB215205） 作者简介：张万军（1986），男，工学博士（法学、管理学双学士学 位）， 教授级高级工程师，高级经济师，主要从事数控技术的装备、新能源的研究及机电传动控制等工作。无刷直流电机系统参考模型模糊控制的研究 张万军1，2，3，张峰1，3，张景轩2，张景怡2，张景妍 2（1．西安交通大学机械工程学院，西安710049；2．兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教 育部重点实验室；3．兰州工业化设备有限公司，兰州730050） 摘要：无刷直流电机（BLDCM ）是一种多变量和非线性的控制系统，参考模型和模糊控制结合起来在其控制中得到应用。针对参考模型结构固定和模糊控制不适用参数在线调整方面的不足，文中提出了一种参考模型模糊控制的方法，并用于无刷直流电机的控制中。该方法在Matlab /Sim-ulik 中按功能模块化建模仿真，用M 文件编写功能函数，实现BLDCM 控制。仿真结果表明，采用模糊控制对BLDCM 系统进行实时控制，系统稳定性改善，响应速度加快，系统的综合性能得到提 高。该模型具有很强的自适应能力， 可以方便地进行功能模块的修改，为今后分析该类电机和对其控制策略的研究提出了新的方法，在BLDCM 研究方面具有很强的借鉴意义。 关键词：无刷直流电机；参考模型；建模；模糊控制；仿真 中图分类号：TM33文献标识码：A 文章编号：1000－0682（2018）05－0130－05 Ｒesearch on fuzzy control of reference model of brushless DC motor system ZHANG Wanjun 1，2，3，ZHANG Feng 1，3，ZHANG Jingxuan 2，ZHANG Jingyi 2，ZHANG Jingyan 2 （1．School of Mechanical Engineering ，Xi'an Jiaotong University ，Xi'an 710049，China ； 2．Key Laboratory of The Ministry of Education of Digital Manufacturing Technology and Application ，Lanzhou University of Technology ； 3．Lanzhou Industry and Equipment Company Limited ，Lanzhou 730050，China ） Abstract ：Brushless DC motor （BLDCM ）is a multivariable and nonlinear control system．The refer-ence model and fuzzy control are combined to be used in its control．Aiming at the shortcomings of refer-ence model structure fixed and fuzzy control unsuitable application parameters online adjustment ，a refer-ence model fuzzy control method is proposed in this paper and used in the control of brushless DC motor．The method is modularized and simulated according to function in Matlab /Simulik ，and the function is written by M file to realize BLDCM control．The simulation results show that the fuzzy control is used to control the BLDCM system in real time．The stability of the system is improved ，the response speed is ac-celerated ，and the comprehensive performance of the system is improved．The model has strong adaptive ability and can be easily modified to function modules．The analysis of this type of motor and its research on control strategy proposes a new method ，which has a strong reference significance in BLDCM research． Keywords ：brushless DC motor ；reference model ；model ；fuzzy control ；simulation 0引言 现代大功率电力电子技术装置主要是由大功率晶闸管阀组成，在交流输电和直流输电技术中得到广泛的应用，这就要求建立与其相适应的大功率晶闸管阀的联合实验装置［1］。目前中国电力科学研究院根据IEC61954［2］，IEC60700－1［3］等标准正在建设用于大功率试验品，该装置的建成投入使用必将对电力电子技术在中国电力行业的广泛应用起到·031·工业仪表与自动化装置2018年第5期