李眷峰 于洋

摘要 本文首先設(shè)計無刷直流電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)總體設(shè)計方案，然后根據(jù)其總體設(shè)計方案及無刷直流電機自身特點，設(shè)計用于無刷直流電機智能轉(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 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)、計算機控制技術(shù)等理論知識的快速發(fā)展。無刷直流電機為電力電子技術(shù)與電機技術(shù)相結(jié)合的新型電機，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高及維護方便等優(yōu)點，將逐步取代其它電機成為未來各類電機發(fā)展的主導(dǎo)。而由于無刷直流電機是一個參數(shù)多、強耦合、非線性且時變的復(fù)雜系統(tǒng)，電機精確數(shù)學(xué)模型很難精確建立。當(dāng)電機負(fù)載或控制系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時，傳統(tǒng)的PI、PD、PID轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器對電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制難以滿足直流電機對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)要求的快速性、魯棒性的特點，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)計新型智能調(diào)節(jié)器并將其應(yīng)用到無刷直流電機速度控制系統(tǒng)中，取得了一定控制效果。但當(dāng)前智能調(diào)節(jié)器設(shè)計和研究上還存在一些不足，直接影響直流電機轉(zhuǎn)速的精確調(diào)節(jié)。因此本文主要針對無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)智能調(diào)節(jié)器進行設(shè)計，為以后研究無刷直流電機學(xué)者提供一定理論支撐。

1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)總體設(shè)計方案

無刷直流電機智能調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計方案采用智能轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器組成雙閉環(huán)無刷直流電機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，二者實行嵌套連接，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，與無刷直流電機輸出轉(zhuǎn)速反饋信號進行對比，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)器進行調(diào)節(jié)，故系統(tǒng)經(jīng)過一段時間調(diào)解達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。

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

轉(zhuǎn)速模糊PID調(diào)節(jié)器設(shè)計原理圖如圖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、反模糊化后對傳統(tǒng)經(jīng)典PID調(diào)節(jié)器進行參數(shù)在線進行修改調(diào)節(jié)，輸入偏差電壓△U_N可以滿足不同時刻的偏差電壓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)則進行模糊推理，查詢模糊矩陣表進行參數(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)在線實時修改，從而實現(xiàn)對無刷直流電機的實時、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

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)進行在線辨識，可以達(dá)到在線控制，進而對PID調(diào)節(jié)器的三個參數(shù)K_p、K_i.和K_d進行在線整定，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調(diào)速系統(tǒng)智能調(diào)節(jié)器的設(shè)計，將對今后從事無刷直流電機轉(zhuǎn)速智能調(diào)節(jié)研究的研究學(xué)者提供幫助和借鑒，同時通過本次設(shè)計也將進一步擴大無刷直流電機的應(yīng)用空間。

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