专利名称：基于inga的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制系统，具体的说是涉及一种基于智能小生境遗传算法的水泵用无刷直流电机控制系统。
背景技术：
参考文献《贾明月，朱建光，孙宁，唐任远.新型泵用永磁无刷直流电动机驱动器的设计[J].沈阳沈阳工业大学学报，2007年6月》指出水泵类机械设备在国民经济各行各业中占有重要地位。每年因系统运行效率低下造成的电能损失达200亿kW.h以上。在当前能源日益紧缺的情况下，推广水泵节能技术不但具有重大的经济效益，而且有着重大的社会效益。提高水泵系统效率一是要研制优质的水力模型、优化设计水泵过流表面等提高水泵自身的性能；二是要采用合理方式根据工况调节流量。目前水泵系统效率较低主要原因有两个一是采用传统的阀门、挡板来控制流量；二是技术改造和大部分新建系统中普遍采用效率较低的异步电机变频调速系统。永磁无刷直流电动机(BLDCM)通过技术设计的改造，其成本可以与异步电机变频调速系统接近，但具有高效率、高功率因数、高功率密度的优点，因此采用BLDCM是水泵类系统节能的途径之一。永磁无刷直流电机既有普通直流电机良好的起动性能和调速性能，又从根本上消除了换向火花、无线电干扰等弊端，具有寿命长、可靠性高、噪声低和控制方便等优点，理所当然的成为了机电设备驱动的发展方向。对它进行研究的主要目的就是提高其调速性能，采用先进的控制算法进一步改善其性能指标，以更好满足负载的调速要求。而传统的BLDCM控制系统中的转速控制器一般采用普通PI控制，该PI控制算法存在系统对转速阶跃响应时超调量大，上升时间长，反应速度较慢等缺点。
发明内容有鉴于此，本实用新型提供一种基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，降低了系统对转速阶跃响应时的超调量，缩短了上升时间，提升了整体的反应速度。为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，其特征在于，所述水泵与控制主体相连，且该控制主体上还设置有内控制环与外控制环。进一步的，上述控制主体包括依次相连的转速比较模块、智能转速PI控制器、电流比较模块、电流PI控制器、PWM控制器、三相逆变器以及永磁无刷直流电动机，且通过永磁无刷直流电动机与水泵相连。作为优选，所述智能转速PI控制器为采用改进的小生境遗传算法的智能转速PI控制器，电流PI控制器为常规电流PI控制器，转速比较模块与电流比较模块的芯片皆为TMS320F2812 芯片。再进一步的，上述内控制环为电流环，内控制环包括实际三相相电流检测器。[0011]作为优选，所述实际三相相电流检测器分别连接在三相逆变器的输出端与电流比较模块的反馈输入端。更进一步的，上述外控制环为转速环，外控制环包括转子磁极位置检测器以及与其相连的转速计算器。作为优选，所述转子磁极位置检测器的输入端与永磁无刷直流电动机相连，且输出端还同时与PWM控制器以及转速计算器相连。作为优选，上述转速计算器的输出端连接在转速比较模块的反馈输入端上。与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果(I)本实用新型采用了智能转速PI控制器，能够更好的对实际转速进行分析并给出合适的参考电流，大大的提闻了系统的精确性；(2)本实用新型采用了电流PI控制器，能够更好更精准的接收与分析参考电流的值，并给出下一步的指令；(3)本实用新型设有内外两控制环，相互配合运算与协调，使其能够更好的更准确的完成对水泵的控制；(4)本实用新型的智能转速PI控制器采用改进的小生境遗传算法(INGA)，所构建出的智能转速PI控制器能优化水泵用无刷直流电动机调速系统的性能，降低了系统在对转速阶跃响应时的超调量，缩短了上升时间，提升了整体的反应速度。
图1为本实用新型的结构框图。
具体实施方式
本实用新型的核心思路是，精简系统结构，减小其制造的难度以及占地的面积，同时更易于对该设备进行日常维护与检查修理。为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。实施例1如图1所示，基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，其特征在于，所述水泵与控制主体相连，且该控制主体上还设置有内控制环与外控制环。上述控制主体包括依次相连的转速比较模块、智能转速PI控制器、电流比较模块、电流PI控制器、PWM控制器、三相逆变器以及永磁无刷直流电动机，且通过永磁无刷直流电动机与水泵相连。作为优选，所述智能转速PI控制器为采用改进的小生境遗传算法的智能转速PI控制器，电流PI控制器为常规电流PI控制器，转速比较模块与电流比较模块的芯片皆为TMS320F2812 芯片。上述内控制环为电流环，内控制环包括实际三相相电流检测器。作为优选，所述实际三相相电流检测器分别连接在三相逆变器的输出端与电流比较模块的反馈输入端。上述外控制环为转速环，外控制环包括转子磁极位置检测器以及与其相连的转速计算器。作为优选，所述转子磁极位置检测器的输入端与永磁无刷直流电动机相连，且输出端还同时与PWM控制器以及转速计算器相连。作为优选，上述转速计算器的输出端连接在转速比较模块的反馈输入端上。在控制中对系统的算法进行了优化，其优化模型的建立方式如下对转速控制器PI参数进行优化使得优化后系统的动态跟随性能指标超调量⑩％·更小及调节时间ts更短，对转速控制器优化设计的任务便是合理调配这两项指标，使其表现出来的综合性能指标函数J最小，同时为了避免超调，实用新型的性能指标函数J在ITAE性能指标的基础上进行了改进，引入了惩罚功能，将超调量作为最优指标的一项，于是参考文献《刘金瑕.先进PID控制MATLAB仿真(第2版)[M].北京电子工业出版社，2004》得
到最优的性能指标函数J为
权利要求1.基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，包括水泵，其特征在于，所述水泵与控制主体相连，且该控制主体上还设置有内控制环与外控制环。
2.根据权利要求1所述的基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，其特征在于，所述控制主体包括依次相连的转速比较模块、智能转速PI控制器、电流比较模块、 电流PI控制器、PWM控制器、三相逆变器以及永磁无刷直流电动机，且通过永磁无刷直流电动机与水泵相连。
3.根据权利要求2所述的基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统， 其特征在于，所述智能转速PI控制器为采用改进的小生境遗传算法的智能转速PI控制器，电流PI控制器为常规电流PI控制器，转速比较模块与电流比较模块的处理芯片皆为 TMS320F2812 芯片。
4.根据权利要求3所述的基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，其特征在于，所述内控制环为电流环。
5.根据权利要求4所述的基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，其特征在于，所述内控制环包括实际三相相电流检测器。
6.根据权利要求5所述的基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，其特征在于，所述实际三相相电流检测器分别连接在三相逆变器的输出端与电流比较模块的反馈输入端。
7.根据权利要求6所述的基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，其特征在于，所述外控制环为转速环。
8.根据权利要求7所述的基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，其特征在于，所述外控制环包括转子磁极位置检测器以及与其相连的转速计算器。
9.根据权利要求8所述的基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，其特征在于，所述转子磁极位置检测器的输入端与永磁无刷直流电动机相连，且输出端还同时与PWM控制器以及转速计算器相连。
10.根据权利要求9所述的基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，其特征在于，所述转速计算器的输出端连接在转速比较模块的反馈输入端上。
专利摘要基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，其特征在于，所述水泵与控制主体相连，且该控制主体上还设置有内控制环与外控制环。上述控制主体包括依次相连的转速比较模块、智能转速PI控制器、电流比较模块、电流PI控制器、PWM控制器、三相逆变器以及永磁无刷直流电动机，且通过永磁无刷直流电动机与水泵相连；智能转速PI控制器为采用改进的小生境遗传算法的智能转速PI控制器，电流PI控制器为常规电流PI控制器，转速比较模块与电流比较模块的芯片皆为TMS320F2812芯片。本实用新型提供一种基于INGA的智能水泵用无刷直流电动机转速控制系统，降低了系统对转速阶跃响应时的超调量，缩短了上升时间，提升了整体的反应速度。
文档编号H02P6/08GK202856673SQ20122047406
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者龙驹 申请人:西华大学