优化的无刷直流电机的自适应模糊控制装置的 具体结构如图4所示。
[0061] 首先将单相工频交流电源通过整流器和由电容组成的滤波器，得到直流电源，再 通过逆变器可将该直流电源进一步转化为交流电源，对所述的无刷直流电机进行供电。具 体的控制方法为： 检测无刷直流电机的定子三相端电压和两相相电流，其中第三相的相电流可通过另外 两相得到。对于电机的相电压和相电流通过坐标变换模块，可得到分量，进一步可计算电机 的磁链％和转矩￡。
[0062] 通过采用增量式光电编码器这种类型的测速传感器，可得出无刷直流电机的实际 转速。
[0063] 根据电机的给定转速和实际转速得到的速度偏差e和速度偏差的变化率ec。
[0064] 将所述的速度偏差e和速度偏差的变化率ec作为所述模糊控制器的输入信号，得 到模糊控制器的三个输出信号，即PID控制器比例、积分和微分三个参数的修正量，进一步 得到PID控制器的输出，即系统的给定转矩。
[0065] 计算所述的实际转矩和给定转矩的偏差，并输入到转矩滞环调节器得到转矩的调 整方向信息1 ;同时计算所述的实际磁链和给定磁链的偏差，并输入到磁链滞环调节器得 到转矩的调整方向信息2。由所述的两个滞环输出的调整方向信息结合转子位置所在扇区， 同时根据逆变器开关状态查询表确定开关状态并作用于逆变器上，从而可驱动电机运行。 [0066] 本发明实施例的一种基于多目标优化的无刷直流电机的自适应模糊控制装置的 控制结构如图5所示，其中电机的三相相电压和相电流的坐标变换模块、转子位置估算模 块、转矩计算模块、磁链计算模块、自适应模糊控制模块、转矩和磁链滞环调节器模块以及 逆变器的开关管状态选择模块，全都集成到所采用NXP公司的型号为NPC1768的ARM芯片 中，并采用软件的方法来实现。本发明中控制程序的流程图如图6所示。
[0067] 保护现场操作包括暂存控制子程序中所用到的寄存器，保存其中的数据不被覆 盖，并在控制程序运行完后重新恢复这些寄存器的内容，主程序中的相关数据和标志位不 丢失。
[0068] 转子位置估算单元是利用检测得到的三相端电压，并且结合预定位方法通过程序 设计来估算转子的实际位置以及所处的扇区信息。
[0069] 定子磁链的计算是通过对检测得到的定子三相端电压和相电流，并利用电机本身 的相电阻参数计算得到的。在得到定子磁链后，利用电机本身的电感参数可计算得到转子 磁链，进一步可计算得到电机的转矩。
[0070] 所述的转矩滞环计算单元是采用两电平调节方式，根据不同的转矩差以及所设定 的转矩滞环宽度，可得到不同的转矩滞环输出值，用于作为下面逆变器开关管的状态选择 信号1。
[0071] 所述的磁链滞环计算单元是采用三电平调节方式，分别反映磁链的增加、减小和 保持不变，同样根据不同的磁链偏差以及所设定的磁链滞环宽度，可得到不同的输出值，也 同样作为下面逆变器开关管的状态选择信号2。
[0072] 结合所述的两个逆变器开关管状态选择信号和转子位置所在扇区，查询表1所示 的逆变器开关状态表可确定不同时刻的逆变器开关状态，进一步驱动电机运行。
[0073] 由以上实施例可以看出，本发明可基于多目标优化算法来自动确定最优的模糊控 制器参数，克服了人为方法进行确定的不足；所设计的自适应模糊控制方法能够不同的运 行状况自适应确定电机转矩的给定值，可改善无刷直流电机系统的动态和稳态性能，同时 能够在一定程度上抑制无刷直流电机的转矩脉动现象。另一方面本发明通过检测电机的定 子端电压的方法来确定转子位置，省去了电机位置传感器，因而简化了系统结构，减少了系 统的成本。
[0074] 以上所述是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员能够在不脱 离本发明技术原理的前提下，可以适当做出一些改进和替换，这些改进和替换也应视为本 发明的保护范围。
[0075] 本发明所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本发明所列举的技术方案和 实施方式等同或者效果相同方案都在本发明所保护的范围内。
【主权项】
1. 一种无刷直流电机直接转矩自适应模糊控制方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1、基于多目标优化算法确定无刷直流电机模糊控制器采用自适应模糊PID控制 器，通过多目标优化算法确定对应的自适应模糊PID控制器的最优参数，参数确定包括如 下步骤： 步骤a、根据无刷直流电机控制系统的类型和特点，确定模糊控制器的输入变量和输出 变量的数目；这里将系统转速偏差和转速偏差的变化率作为两个模糊输入变量，而将PID 控制策略中的比例、积分和微分参数的修正量作为三个模糊输出变量； 步骤b、确定所述模糊控制器中所有模糊变量的对应的隶属度函数类型和数目，这里 所有的模糊变量均包含5个模糊语言术语"NB(负大)、NS(负小)、ZO(正中）、PS(正小)、 PB(正大)"，对应5个隶属度函数，每个模糊变量对应的隶属度函数参数，可用三个参数 (X1,x2,X3)进行表不； 步骤2、通过三相相电流检测单元和三相相电压检测电单元分别检测并计算无刷直流 电机的三相相电流和三相相电压值，并利用坐标变换模块将三相相电流和三相相电压值转 换为相电压和相电流在两相静止a0坐标系上的分量，建立对应的a0坐标系； 步骤3、通过磁链计算单元利用步骤2中确立的a0坐标系相电压和相电流对应的分 量计算出无刷直流电机的定子磁链以及转子的 实际位置，定子磁链计算公式如下：步骤4、通过转速计算单元测出的定子磁链计算出无刷直流电机的实际转速； 步骤5、通过磁矩计算单元利用步骤3和步骤4中的计算的定子磁链和实际转速计算无 刷直流电机的实际转矩，实际转矩计算公式如下，首先根据步骤3中的定子磁链得到转子 磁链，如下公式：式中4为电机定子的自感系数；利用无刷直流电机的转子磁链和定子电流以及电机转 速可得到电机的转矩的计算公式：步骤6、通过步骤4中得出的实际转速与无刷直流电机的给定转速的差值以及单位采 样周期内差值的变化量计算出转速偏差和偏差变化率，并利用步骤1中确定自适应PID模 糊控制器中的各个参数，计算得出无刷直流电机的给定转矩； 步骤7、通过步骤6中的计算得出的给定转矩与步骤5中计算得出的实际转矩之间的 差值计算出转矩偏差，并将转矩偏差输入转矩滞环调节单元中，输出得到转矩滞环输出信 号； 步骤8、通过步骤3中计算出的无刷直流电机定子磁链和无刷直流电机定子磁链的幅 值，可以计算出对应的磁链偏差，并将磁链偏差输入磁链滞环调节单元中，输出得到磁链滞 环的输出信号； 步骤9、通过步骤3中的电机当前转子位置、步骤7中得到的转矩滞环输出信号和步骤 8中得到的磁链滞环输出信号，确定无刷直流电机对应逆变器的六个开关管的对应状态； 步骤10、通过步骤9中确定的逆变器六个开关管的对应状态作为逆变器控制单元的输 入，进而可驱动所述无刷直流电机运行。2. 根据权利要求1所述的一种无刷直流电机直接转矩自适应模糊控制方法，其特征在 于：所述的步骤2中的坐标转换模块为Clarke变换模块。3. 根据权利要求1所述的一种无刷直流电机直接转矩自适应模糊控制方法，其特征在 于：步骤4中的转速计算单元为转速传感器，转速传感器采用增量式光电编码器。
【专利摘要】一种无刷直流电机直接转矩自适应模糊控制方法，基于本发明设计方法所优化得到的模糊控制器能够不同的运行状况自适应确定电机转矩的给定值，动态自适应地调整电机的转矩大小，相当于基于工程师的实际经验提前判断电机的运转状况，可改善无刷直流电机系统的动态和稳态性能，同时能够在一定程度上抑制无刷直流电机的转矩脉动现象。另一方面本发明没有安装位置传感器，因而简化了系统结构，减少了系统的成本，也提高了电机运行的可靠性。
【IPC分类】H02P6/10, H02P6/08
【公开号】CN105048896
【申请号】CN201510396019
【发明人】张雷, 田文慧, 李鹏飞, 张聚伟, 史敬灼, 张松灿
【申请人】河南科技大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月8日