李眷峰 于洋

摘要 本文首先設(shè)計(jì)無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)總體設(shè)計(jì)方案，然后根據(jù)其總體設(shè)計(jì)方案及無刷直流電機(jī)自身特點(diǎn)，設(shè)計(jì)用于無刷直流電機(jī)智能轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的智能調(diào)節(jié)器，與電流調(diào)節(jié)器組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速智能化調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)效果達(dá)到最佳。

【關(guān)鍵詞】智能調(diào)節(jié)器 無刷直流電機(jī) 速度控制

近年來，隨著新興材料特別是永磁材料的出現(xiàn)，以及電力電子技術(shù)、信號檢測與處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等理論知識的快速發(fā)展。無刷直流電機(jī)為電力電子技術(shù)與電機(jī)技術(shù)相結(jié)合的新型電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，將逐步取代其它電機(jī)成為未來各類電機(jī)發(fā)展的主導(dǎo)。而由于無刷直流電機(jī)是一個(gè)參數(shù)多、強(qiáng)耦合、非線性且時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)，電機(jī)精確數(shù)學(xué)模型很難精確建立。當(dāng)電機(jī)負(fù)載或控制系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，傳統(tǒng)的PI、PD、PID轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器對電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制難以滿足直流電機(jī)對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)要求的快速性、魯棒性的特點(diǎn)，其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)很難達(dá)到預(yù)期效果，這將大大限制無刷直流電機(jī)應(yīng)用場合。因此，研究者開始思考將模糊理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)新型智能調(diào)節(jié)器并將其應(yīng)用到無刷直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)中，取得了一定控制效果。但當(dāng)前智能調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)和研究上還存在一些不足，直接影響直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確調(diào)節(jié)。因此本文主要針對無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)智能調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，為以后研究無刷直流電機(jī)學(xué)者提供一定理論支撐。

1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)總體設(shè)計(jì)方案

無刷直流電機(jī)智能調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案采用智能轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器組成雙閉環(huán)無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，二者實(shí)行嵌套連接，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。輸入為給定電壓信號，與無刷直流電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速反饋信號進(jìn)行對比，產(chǎn)生偏差電壓，為轉(zhuǎn)速智能調(diào)節(jié)器的輸入信號。因轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用智能調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，故系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間調(diào)解達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。

1.1 轉(zhuǎn)速模糊PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)速模糊PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)原理圖如圖1所示。偏差電壓△U_N作為轉(zhuǎn)速模糊PID調(diào)節(jié)器的輸入信號，經(jīng)模糊調(diào)節(jié)器模糊化、推理機(jī)、反模糊化后對傳統(tǒng)經(jīng)典PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)在線進(jìn)行修改調(diào)節(jié)，輸入偏差電壓△U_N可以滿足不同時(shí)刻的偏差電壓E和偏差電壓變化率Ec對PID參數(shù)K_p、K_i和K_d自整定的要求。具體來說，它就是在經(jīng)典PID算法的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)誤差E和誤差變化率Ec，利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，查詢模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整使PID經(jīng)典調(diào)節(jié)器的K_p、K_i和K_d參數(shù)達(dá)在線實(shí)時(shí)修改，從而實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)的實(shí)時(shí)、高精度速度調(diào)節(jié)。

1.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線識別單神經(jīng)元自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線識別單神經(jīng)元自適應(yīng)PID設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。通過單神經(jīng)元RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行在線辨識，可以達(dá)到在線控制，進(jìn)而對PID調(diào)節(jié)器的三個(gè)參數(shù)K_p、K_i.和K_d進(jìn)行在線整定，以達(dá)到轉(zhuǎn)速性能指標(biāo)的最優(yōu)化。

2 結(jié)束語

通過以上對無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)智能調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，將對今后從事無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速智能調(diào)節(jié)研究的研究學(xué)者提供幫助和借鑒，同時(shí)通過本次設(shè)計(jì)也將進(jìn)一步擴(kuò)大無刷直流電機(jī)的應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)

[1]路平，劉凱，王龍.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制理論的轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)[J].河北：計(jì)算機(jī)測量與控制，2016.

[2]杜軍，萬健如，許鎮(zhèn)琳.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制在無刷直流電機(jī)中的研究與實(shí)現(xiàn)[J]，湖北：控制與檢測，2005.

[3]劉漢忠，方力.無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].南京：智能控制、檢測技術(shù)及應(yīng)用，2007.

[4]夏長亮，李志強(qiáng)，王明超，劉均華，基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線識別的永磁無刷直流電機(jī)單神經(jīng)元PID模型參考自適應(yīng)控制[J].天津：電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2005.