一種簡(jiǎn)易專家pid控制在bldcm中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種簡(jiǎn)易專家PID控制在BLDCM中的應(yīng)用，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)刷直流電機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到 了日益廣泛的應(yīng)用。但是由于無(wú)刷直流電機(jī)所具有的多變量、非線性，強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，采用 常規(guī)的PID控制并不能獲得很好的控制性能。為此，應(yīng)用于在無(wú)刷直流電機(jī)上的控制算法 不斷被提出，如模糊PID，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID，PS0自適應(yīng)PID等。其中模糊PID復(fù)雜度低， 但規(guī)則制定繁瑣，而對(duì)于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、PS0優(yōu)化等這些智能算法復(fù)雜度遠(yuǎn)高于常規(guī)PID， 且計(jì)算量大，導(dǎo)致軟硬件成本提高，加之現(xiàn)有的控制無(wú)刷直流電機(jī)的單片機(jī)及DSP難以支 撐這樣的運(yùn)算量，所以在無(wú)刷直流電機(jī)實(shí)際應(yīng)用上有所限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，提供一種低成本，簡(jiǎn)易可行的控制BLDCM轉(zhuǎn)速的方法。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案予以實(shí)現(xiàn)：該簡(jiǎn)易專家PID 控制在BLDCM中的應(yīng)用系統(tǒng)硬件主要由57ZWX01型BLDCM、STM32F103C8T6型MCU、IR2130S 驅(qū)動(dòng)器、IGBT等組成。MCU產(chǎn)生的PWM信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入，三個(gè)霍爾位置傳感器輸入決定 IGBT開關(guān)管導(dǎo)通和截止，由光電編碼器實(shí)時(shí)檢測(cè)BLDCM的轉(zhuǎn)速，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化作為系統(tǒng) 的擾動(dòng)。
[0005] 軟件部分實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)的速度與電壓之間的非線性優(yōu)化以及專家PID控制 器設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，此簡(jiǎn)易專家PID控制器無(wú)需硬件成本，易于編程，簡(jiǎn)單可行，易于實(shí) 現(xiàn)，并具有較高的穩(wěn)定性和魯棒性，達(dá)到了良好的控制效果。
[0006] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：該系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，硬件成本非常低，程序簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，控制效果 好。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為本發(fā)明的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0008] 圖2為本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓Ud與轉(zhuǎn)速η之間的線性擬合圖。
[0009] 圖3為本發(fā)明的簡(jiǎn)易專家PID控制的系統(tǒng)輸出圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0011] -種簡(jiǎn)易專家PID控制在BLDCM中的應(yīng)用硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，主要由 57ZWX01 型 BLDCM、STM32F103C8T6 型 MCU、IR2130S 驅(qū)動(dòng)器、IGBT 等組成。MCU 產(chǎn)生的 PWM 信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入，三個(gè)霍爾位置傳感器輸入決定IGBT開關(guān)管導(dǎo)通和截止，同時(shí)MCU根 據(jù)兩相霍爾器件發(fā)出脈沖間隔時(shí)間測(cè)算出轉(zhuǎn)速，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化作為系統(tǒng)的擾動(dòng)。
[0012] 一種簡(jiǎn)易專家PID控制在BLDCM中的應(yīng)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓Ud與轉(zhuǎn)速η之間的線 性擬合圖如圖2所示，本系統(tǒng)采用120°型三相逆變器，任一時(shí)刻只有兩相通電，其電流大 小相等，方向相反，可得出直流母線電壓與轉(zhuǎn)速的實(shí)際關(guān)系如下式所示：
[0014] Ud為直流母線電壓，R為繞組線電阻，η為電機(jī)轉(zhuǎn)速，Τ ^為BLDCM的輸出轉(zhuǎn)矩，K 電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，&為反電勢(shì)系數(shù)，DU IGBT導(dǎo)通時(shí)的壓降，是常量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得BLDCM 的直流母線電壓仏與轉(zhuǎn)速η之間的速度調(diào)節(jié)特性如圖2中曲線所示，即為非線性關(guān)系。通 過(guò)分析曲線圖利用線性擬合原理得出折線圖如圖2中紅色折線，并推出分段線性函數(shù)表達(dá) 式如下式所示：
[0016] 1]_是U d的上限值，U _是u d的下限值。
[0017] -種簡(jiǎn)易專家PID控制的系統(tǒng)輸出圖如圖3所示，
[0018] 1.電機(jī)啟動(dòng)階段
[0019] 無(wú)刷直流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)霍爾信號(hào)幾乎為零，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)是在開環(huán)控制， PID參數(shù)全部為零。
[0020] 2.電機(jī)加速階段
[0021] 當(dāng)無(wú)刷直流電機(jī)啟動(dòng)成功后，CPU會(huì)根據(jù)霍爾信號(hào)來(lái)切換IGBT開關(guān)的導(dǎo)通與斷 開。同時(shí)，無(wú)刷直流電機(jī)將加速，由專家經(jīng)驗(yàn)，積分分離將在整定PID控制器的參數(shù)被應(yīng)用， 即在零超調(diào)的基礎(chǔ)上Kp設(shè)置盡可能大，以確保速度更快的達(dá)到期望值。K 置為零，以防 止積分飽和的現(xiàn)象。
[0022] 3.電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行階段
[0023] 此階段無(wú)刷直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度已趨于穩(wěn)定。此時(shí)引入積分參數(shù)以消除速度的靜 態(tài)誤差。但是如果設(shè)置過(guò)大，超調(diào)量變大，過(guò)小，靜態(tài)誤差不能有效地消除。
[0024] 在所有階段，被設(shè)置為零，防止系統(tǒng)早期飽和、不穩(wěn)定等。
[0025] 搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)專家PID控制算法，在給定轉(zhuǎn)速分別為1500rpm和 2000rpm下，系統(tǒng)響應(yīng)情況如圖3所示的紅色線和紫色線，而圖3所示的藍(lán)色和綠色線是采 用常規(guī)PID算法實(shí)現(xiàn)的效果圖?？梢姡瑥南到y(tǒng)的三個(gè)重要指標(biāo)穩(wěn)、快、準(zhǔn)來(lái)看，該發(fā)明所提供 的設(shè)計(jì)方法更具有優(yōu)勢(shì)，而且編程簡(jiǎn)單，硬件成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種簡(jiǎn)易專家PID控制在BLDCM中的應(yīng)用，其特征是：系統(tǒng)主要由57ZWX01型BLDCM、 STM32F103C8T6型MCU、IR2130S驅(qū)動(dòng)器、IGBT等組成。MCU產(chǎn)生的PWM信號(hào)作為系統(tǒng)的輸 入，三個(gè)霍爾位置傳感器輸入決定IGBT開關(guān)管導(dǎo)通和截止，同時(shí)MCU根據(jù)兩相霍爾器件發(fā) 出脈沖間隔時(shí)間測(cè)算出轉(zhuǎn)速，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化作為系統(tǒng)的擾動(dòng)。無(wú)刷直流電機(jī)的速度與電 壓之間的非線性優(yōu)化以及PID控制器設(shè)計(jì)只需在MCU編程時(shí)予以考慮并實(shí)現(xiàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證 明，此簡(jiǎn)易專家PID控制器硬件成本低，簡(jiǎn)單可行，易于實(shí)現(xiàn)，并具有較高的穩(wěn)定性和魯棒 性，達(dá)到了良好的控制效果。
【專利摘要】一種簡(jiǎn)易專家PID控制在BLDCM中的應(yīng)用，主要由57ZWX01型BLDCM、STM32F103C8T6型MCU、IR2130S驅(qū)動(dòng)器、IGBT等組成。MCU產(chǎn)生的PWM信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入，三個(gè)霍爾位置傳感器輸入決定IGBT開關(guān)管導(dǎo)通和截止，同時(shí)MCU根據(jù)兩相霍爾器件發(fā)出脈沖間隔時(shí)間測(cè)算出轉(zhuǎn)速，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化作為系統(tǒng)的擾動(dòng)。無(wú)刷直流電機(jī)的速度與電壓之間的非線性優(yōu)化以及PID控制器設(shè)計(jì)只需在MCU編程時(shí)予以考慮并實(shí)現(xiàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，此簡(jiǎn)易專家PID控制器無(wú)需硬件成本，簡(jiǎn)單可行，易于實(shí)現(xiàn)，并具有較高的穩(wěn)定性和魯棒性，達(dá)到了良好的控制效果。
【IPC分類】H02P6/16, H02P6/08
【公開號(hào)】CN105262381
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510723986
【發(fā)明人】王春模, 孫立香, 黃春香, 殷士勇
【申請(qǐng)人】鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年10月23日