基于模糊PI控制的无刷直流电机控制系统_傅涛

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参考文献： ［１］ 怯肇乾． ５００ｋＶ 变电站站用电系统配置技术规范 ［Ｍ］．北京： 中国电力出版社．２００９．０９． ［２］ 段军．浅谈 ５００ｋＶ 变电站继电保护标准化设计在运行实践 中的应用． ［Ｊ］．《中国电力教育》２０１０（２０）．２１－ ２３． ［３］ 贾莜．基于 ＩＥＣ６１８５０ 规约的 ５００ｋＶ 变电站继电保护与故 障信息处理系 ［Ｊ］．《电力信息化》．２０１０ （５），５９－ ６５． ［４］ 魏明 任化芝 ５００ｋＶ 变电站继电保护典型配置分析 ［Ｊ］．《贵 州电力信息》．２００９（９），７０－ ７７．
【关键词】无刷直流电机；模糊 PI；数字信号处理器
引言
无刷直流电机具有类似直流电机良好的调速、控制和运行特
性，并具有效率高、功率密度高、免维护、可高速运行等许多优点，在
许多场合得到了广泛的应用。
采用传统 ＰＩ 控制方式，始终糊控制理论和 ＰＩ 控制进行联
图 １ 无刷直流电机控制系统框图
３．３ 系统软件设计 本控制系统软件采用模块化设计，使软件组织灵活有序。首先 初始化 ＤＳＰ，定义并初始化变量，开启捕获定时器周期中断、ＣＡＮ 通信中断和外部保护中断。初始化完成之后，主程序就进入了等待 死循环，等待中断产生，执行中断服务子程序。 ４． 实验结果 对无刷直流电机控制系统进行了实验，所应用的 ＢＬＤＣＭ 的参 数为：额定电压为 １６０ Ｖ；额定转速为 ６０００ ｒ／ｍｉｎ；转动惯量为 ０．０２ｋｇ·ｍ２；极对数为 ２ 对；定子电阻为 ２．６ 欧姆；定子电感为 １６．２２ ｍＨ。 进行实验时，通过 ＣＡＮ 通讯每 １０ｍｓ 发送一次给定速度给调速 系统，给调速系统发送了一系列的给定速度。实验结果如图 ２－ ３ 所 示。图 ２ 是无刷直流电机的启动过程，图 ３ 是无刷直流电机的加减 速过程。速度的单位为 ｒ／ｍｉｎ，电流的单位为 ｍＡ，时间单位为 １０ｍｓ。 从图中可以看出，可以看出速度跟踪响应快速且平稳，跟踪效果较 好。 结论 本文在传统 ＰＩ 控制方法的基础之上，采用了模糊控制。根据电 机转速和转速变化趋势，对 ＰＩ 参数进行在线调整，取得了高精度 的转速控制。实验结果表明，本系统能够提高无刷直流电机调速系
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第二层的灌注，直至灰浆从出口溢出为止，并确保所注入灌浆料溢 出浇注口；
２．１１ 对于水泥垫块的最初护养而言，这三天内其温度以及模板 温度必须保持在 １０－ ３５℃间。至于浇注口及溢出口上暴露在空气中 的灰浆应采用薄塑料板或者锅锡板进行隔离；
２．１２ 基架的拆除，根据最初养护的有关要求，灌浆后第三天应 将基架地脚螺栓螺母松开，并将基架吊开；
合运用［１－４］。本文在此基础之上，应用模糊 ＰＩ 控制设计调节器， 运用
模糊数学的基本理论和方法，控制系统根据控制对象的实际响应情
况运用模糊推理，自动实现对 ＰＩ 参数的最佳调整，提高控制系统对
速度变化的自适应能力。
１． 无刷直流电机的数学模型
为了简化模型的建立和分析，现做如下一些假设：①忽略磁路
作者简介： 杜巍，出生年月：１９８３ 年 ４ 月；２００４ 年毕业于东北电力学院；现 就职于东莞供电局，主研方向：电气工程及其自动化。
允许水平偏差在 ０．０２ｍｍ 内，且水平偏差累计值在 ０．１３ｍｍ 内。 结论 实践发现，此汽轮机在某电厂长期运行过程中具有良好的稳定
性，机组的各项指标均达到了优良标准，这表明此安装工艺具有良 好的稳定性，具有一定的推广及应用价值。 电
● 参考文献：
［１］ 朱瑞斌．柳州电厂 ２×２００ＭＷ 汽轮发电机组安装中无垫铁 施工新工艺的应用［Ｊ］． 广西电力建设科技信息， １９９６， （１）： ３０－ ３４．
［２］ 褚振辉．中小型汽轮发电机组安装技术［Ｊ］． 化工建设工程， ２００３， ２５（６）： ２５－ ２６．
［３］ 石天祺． 浅谈东芝 ６００ＭＷ 汽轮发电机组无垫铁安装工艺要 点［Ｊ］． 西北电建， ２０１０， （１）： ２６－ ３０．
２．１３ 对已硬化的水泥垫块进行养护，基架拆除后应立即采用湿 布包裹灰浆垫块，而后采用刷子在垫块各侧面漆上养护混合物，应 将溢出的灰浆进行清除。接着采用喷洒水方式确保水泥垫块及混凝 土基础的湿润性，并采用湿布将水泥垫块湿布进行包裹。
２．１４ 对水泥垫块同基架间的间隙进行检查，可借助红丹接触情 况实现。将基架底面涂好红丹，并就位在水泥垫块上，在允许移动范 围进行移动，以检查底面同水泥垫块之间的接触状况。
ｂ） 隶属函数选择三角形隶属函数。 ｃ） 模糊控制器的设计核心是模糊控制规则。经过大量电机控制 实验经验的积累，得到了模糊控制规则表。 ３． 控制方案 ３．１ 整体方案 系统整体控制设计为转速、电流双闭环的调速系统。本系统设 置了两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联。把转速 调节器的输出作为电流调节器的输入，速度环作为外环，直接决定 伺服控制系统的动、静态性能，也是控制器设计中最关键的部分之 一。因此采用了模糊 ＰＩ 控制器，以提高系统的响应速度。 ３．２ 系统硬件设计 设计了基于 ＤＳＰ 芯片的无刷直流电机控制系统硬件，如图 １ 所示。硬件采用 ＴＭＳ３２０Ｆ２４０７ 作为控制器，用于处理采集到的数据 和发送控制命令，利用转子霍尔的时间间隔，计算出电机的运行速 度。控制系统根据不同的霍尔位置，改变 ＰＷＭ 信号的数值和驱动 功率管的导通顺序，实现对电机转速和转动方向的控制。
ea R ０ ０ ia L M M ia
Ub = eb ＋ ０ R ０ ib + M L M p ib
（１）
Uc
ec ０ ０ R ic M M L ic
式中，Ua、Ub、Uc 为定子绕组相电压；ia、ib、ic 为定子绕组相电流；
ea、eb、ec 为定子绕组相电动势；L 为每相绕组自感；M 为每相绕组间
的互感；p 为微分算子，p=d/dt。
电磁转矩：
T= eaia+ebib+ecic ω
（２）
电机运动方程：
J dω dt
=Te-TL-Bω
（３）
式中，Te 为电磁转矩；TL 负载转矩；B 为阻尼系数；ω 为电机机 械转速，J 为电机转动惯量。
２． 模糊 Ｐ Ｉ 控制策略
２．１ 模糊控制系统原理
模糊控制是近代控制理论中建立在模糊集合论基础上的一种
饱和，不计涡流和磁滞损耗；②忽略齿槽效应，绕组均匀分布于光滑
定子的内表面；③不考虑电枢反应，气隙磁场分布近似梯形波，平顶
宽度近似 １２０ 电角度；④转子上没有阻尼绕组，永磁体不起阻尼作
用；⑤电机三相绕组对称，忽略转子磁阻，三相定子绕组自感和互感
相等。得到如下方程：
[ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] Ua
２．１５ 基架水平的调整，待接触面积满足要求规定后，应采用螺 栓将基架进行固定，并通过合像水平仪对基架水平进行调整，要求
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统的响应速度，提高控制系统的鲁棒性，取得较为满意的控制效果。
的智力了。而影响二次回路上的电磁主要体现在控制开关场的磁 场，我们可以禁止工作人员使用步话机，也可以将开关场进行磁场 隔离，这些都是很好的办法，相信只要我们想得到，一切问题都可 以找到解决的方法。电
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◇机电设备◇
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③从外部引入到变电所装置设备的空触电，而且要采用光电 隔离。
④ＣＰＵ 的插件总线不能往外引，避免产生感应电流。 ⑤模拟量不使用插件。 ⑥背板采用抗干扰设置。 ３．５ 在二次回路上采取的另外一些抗干扰措施 ①强电流和弱电流不采用同一根电缆，否则强电流和弱电流 相遇会产生极其严重的后果。 ②保护电缆和电缆不采用同一层铺设路径。 ③保护电缆应尽可能远离高电流设备，最好是垂直铺设而不 是平行铺设。 ④由同一设备引出的电缆必须设立在同一个开关场，这样便 于管理和操作。 结语： 继电保护装置在各种大型发电站都有应用，因此进行良好的 抗干扰是非常有用的，我们应该不仅在源头上进行抗干扰措施，同 时应该在二次回路上进行电磁抗干扰，这就要求设备本身具有抗 干扰能力，而要在二次回路上进行抗干扰这就要求我们具有一定
［４］ 张剑辉． 浅谈 ６６０ＭＷ 汽轮机无垫铁安装工艺［Ｊ］． 中国新技 术新产品， ２０１２， （２０）： １３２－ １３３．
参考文献： ［１］ 王群京，姜卫东，倪有源，赵涛．无刷直流电机的自适应Ｆｕｚｚｙ－ ＰＩ 控制器的仿真［Ｊ］． 电气传动， ２００４，（０３）． ［２］ 乔维德．基于微粒群算法的模糊控制在 ＢＬＤＣＭ 中的应用［Ｊ］． 微电机， ２００８，（０６）． ［３］ 李晓斌，张辉，刘建平． 利用 ＤＳＰ 实现无刷直流电机的位置控 制［Ｊ］． 机电工程， ２００５，（０３）． ［４］ 王永益，王家军，庞全．无刷直流电动机的模糊积分变结构控 制［Ｊ］． 机电工程，２００８，（０６）．
图 ２ 电机启动过程
图 ３ 电机加减速过程
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出变量作为电流环给定信号的二维模糊控制器。模糊控制器选用二
维模糊控制器，下面是模糊控制器的设计步骤：
ａ） 取 ７ 个语言变量：｛负大，负中，负小，零，正小，正中，正大｝ ，
输入输出变量的模糊子集均为： ｛ＮＢ，ＮＭ，ＭＳ，ＺＯ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢ｝ ，论
域均为：｛－ ３ ，－ ２ ，－ １ ，０，１ ，２，３｝。
2013 年第 05 期
◇机电设备◇
基于模糊 ＰＩ 控制的无刷直流电机控制系统
傅涛 （北京经纬纺机新技术有限公司 北京 100176）
【摘 要】本文采用了一种基于模糊 PI 控制的无刷直流电机控制系统，设计了模糊 PI 控制器，应用模糊算法在线自动整定 PI 参数。 在 此基础上应用数字信号处理器搭建了调速系统的硬件，编写了系统的软件。仿真和实验结果表明，此调速系统响应快、超调小、稳定性强，具 有较强的鲁棒性和令人满意的性能。
基于语言规则与模糊推理的控制理论，它是智能控制的一个重要分