基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环BLDC控制器的制作方法

本发明涉及自动控制，尤其涉及一种基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器。

背景技术：

1、bldc（无刷直流电机）常用驱动方式有六步换相法、正弦脉冲宽度调制（sinusoidal pulse width modulation,spwm）和空间矢量脉宽调制（space vectorpulsewidth modulation,svpwm）。其中，svpwm是一种根据空间电压矢量切换来控制bldc电流大小和方向的驱动方法，这种驱动方式可以使bldc运行电流呈现正弦波型，减小转矩脉动，同时还比其他驱动方式有着更高的电压利用率。在svpwm驱动的基础上，磁场定向控制（field-orientated control,foc）完成了磁链解耦，简化了bldc闭环控制过程，是驱动器伺服控制系统的重点研究对象。foc工作原理如图1所示。

2、bldc是通过驱动电流控制电机转矩，进而控制其旋转加速度的机电单元，伺服驱动器完成bldc定速控制，现有技术使用的是转速环+电流环的双闭环控制策略，如下图2所示。

3、现有技术中，foc控制器使用了两个pi控制器分别完成转速和电流闭环，整定过程较为复杂，并且在负载变化的情况下很难达到较好的控制效果。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，能够提升伺服驱动器的控制性能，简化pi控制器参数整定过程，加强对负载变化的适应度。

2、为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

3、基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，包括用于实现bldc定速控制的转速环、电流环，其特征在于，所述转速环包括模糊控制器，所述电流环包括pi控制器，所述pi控制器包括神经元学习规则。

4、进一步的，本发明还包括foc，所述foc的输出连接bldc，所述pi控制器的输出、bldc的反馈电流以及编码器的输出为foc的输入。

5、优选的，所述神经元学习规则如下：

6、其中系数k为定常值,设神经元的两个输入量分别为和，电流环误差为，则神经元输入如下：

7、（1）

8、其中系数k为定常值,,设和分别为pi控制器的比例和积分控制参数，根据增量式pi控制算法u(k)=u(k-1)+△u(k)，△u(k)是执行机构的增量，输出控制量u(k)为：

9、（2）

10、其中系数k为定常值，参数 和 的在线更新采用有监督hebb学习规则，并通过前馈支路引入速度环误差作为教师信号，本发明学习算法如下：

11、（3）

12、优选的，所述模糊控制器的输入模糊化采用分档模糊集法，分档模糊集法将模糊集合论域上的精确量分成若干档，每一档对应一个模糊集合。输出去模糊化采用重心法。

13、进一步优选的，所述模糊控制器，模糊控制器的模糊控制规则如下表：

14、

15、表中：速度环误差，为转速误差的差分，p、z、n分别为输入、输出论域划分的三档正、零、负。

16、进一步的，在模糊控制器上复合有积分器，所述积分器的输入为，输出与模糊控制器的输出叠加后作为pi控制器的输入。

17、进一步的，本发明还包括电路，所述电路包括mcu、电源电路、三相全桥驱动电路、电流及位置反馈电路，所述三相全桥驱动电路、电流及位置反馈电路连接mcu，所述电源电路用于提供电路的工作电源及bldc的驱动电源，所述mcu固化有转速环、电流环。电流环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行pi调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快。转速环通过检测的伺服电机编码器的信号来进行负反馈pi调节，它的环内pi输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包合了速度环和电流环，换句话说任何形势都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制。

18、进一步的，所述三相全桥驱动电路包括预驱动芯片，所述预驱动芯片连接三相全桥。

19、优选的，所述电源电路的输入为稳压直流电，所述稳压直流电用于电机驱动系统和控制系统供电，所述稳压直流电的直流母线之间连接吸收电容、钳位二极管以及浪涌吸收电路，所述浪涌吸收电路包括串联在直流母线上的电阻r11、与电阻r11并联的电阻r12，tvs管d5的一端连接电阻r11的一端并跨接在直流母线之间。

20、优选的，所述稳压直流电通过ldo线性降压芯片降压后为控制系统供电。

21、本发明用于伺服驱动器，能够提升伺服驱动器的控制性能，简化pi控制器参数整定过程，加强伺服驱动器对负载变化的适应度。

技术特征：

1.基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，包括用于实现bldc定速控制的转速环、电流环，其特征在于，所述转速环包括模糊控制器，所述电流环包括pi控制器，所述pi控制器包括神经元学习规则。

2.根据权利要求1所述的基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，其特征在于，还包括foc，所述foc的输出连接bldc，所述pi控制器的输出、bldc的反馈电流以及编码器的输出为foc的输入。

3.根据权利要求1或2所述的基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，其特征在于，所述神经元学习规则如下：

4.根据权利要求3所述的基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，其特征在于，所述模糊控制器的输入模糊化采用分档模糊集法，分档模糊集法将模糊集合论域上的精确量分成若干档，每一档对应一个模糊集合；输出去模糊化采用重心法。

5.根据权利要求4所述的基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，其特征在于，所述模糊控制器的模糊控制规则如下表：

6.根据权利要求5所述的基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，其特征在于，在模糊控制器上复合有积分器，所述积分器的输入为，输出与模糊控制器的输出叠加后作为pi控制器的输入。

7.根据权利要求4-6任一项所述的基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，其特征在于，还包括电路，所述电路包括mcu、电源电路、三相全桥驱动电路、电流及位置反馈电路，所述三相全桥驱动电路、电流及位置反馈电路连接mcu，所述电源电路用于提供电路的工作电源及bldc的驱动电源，所述mcu固化有转速环、电流环；电流环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行pi调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快；转速环通过检测的伺服电机编码器的信号来进行负反馈pi调节，它的环内pi输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包合了速度环和电流环，换句话说任何形势都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位置的相应控制。

8.根据权利要求7所述的基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，其特征在于，所述三相全桥驱动电路包括预驱动芯片，所述预驱动芯片连接三相全桥。

9.根据权利要求8所述的基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，其特征在于，所述电源电路的输入为稳压直流电，所述稳压直流电用于电机驱动和供电，所述稳压直流电的直流母线之间连接吸收电容、钳位二极管以及浪涌吸收电路，所述浪涌吸收电路包括串联在直流母线上的电阻r11、与电阻r11并联的电阻r12，tvs管d5的一端连接电阻r11的一端并跨接在直流母线之间。

10.根据权利要求9所述的基于神经元比例积分-模糊积分算法的双闭环bldc控制器，其特征在于，所述稳压直流电通过ldo线性降压芯片降压后为驱动器伺服控制系统供电。

技术总结
本发明公开一种基于神经元比例积分‑模糊积分算法的双闭环BLDC控制器，包括用于实现BLDC定速控制的转速环、电流环，其特征在于，所述转速环包括模糊控制器，所述电流环包括PI控制器，所述PI控制器包括神经元学习规则。本发明能够提升伺服驱动器的控制性能，简化PI控制器参数整定过程，加强对负载变化的适应度。

技术研发人员：古秋翔,徐飞飞,陈明艳,邱玺,陈晓雪
受保护的技术使用者：成都创科升电子科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13