直流电机伺服驱动自适应控制系统的研究
电机驱动系统的性能优化与控制策略研究
电机驱动系统的性能优化与控制策略研究2.摘要：电机驱动系统的性能优化与控制策略研究"旨在提高电机驱动系统的效率和性能。
本文通过深入研究电机控制策略、性能优化方法以及集成控制与智能化应用，以提升电机驱动系统的性能。
关键词：电机驱动系统；性能优化；控制策略引言：随着科技的不断进步，电机驱动系统在工业领域中应用越来越广泛，且扮演着至关重要的角色。
然而，传统的电机驱动系统往往存在着效率低下、能耗高等问题。
因此，对电机驱动系统的性能优化和控制策略研究具有重要意义。
1、电机控制策略的研究1.1矢量控制策略矢量控制策略通过分别控制电机的磁场定向和转矩来实现高精度的运动控制。
它将三相电流转换为磁场矢量和转矩矢量，并分别控制它们以实现所需的磁场方向和输出转矩。
磁场矢量控制调节电机磁场定向，而转矩矢量控制调节电机输出转矩。
这种控制方式具有高精度、灵活适应不同工况和简化系统结构的优势，但需要测量转速和位置信息。
在矢量控制策略中，首先需要获得电机的运动状态信息，如转子位置和速度。
这可以通过传感器测量或者使用估算算法来获取。
一旦获得了运动状态信息，控制系统就可以根据所需的运动特性，通过控制电机的磁场定向和转矩来实现精确的运动控制。
1.2直接转矩控制策略与矢量控制策略不同，直接转矩控制策略无需额外的速度和位置传感器，通过实时估计电机转子位置和转速来直接控制电机转矩输出。
这种策略利用电机模型和观测器来估计内部参数，并根据所需的转矩输出调节电机电流。
直接转矩控制策略具有简单的系统结构、较低的成本和对参数变化和负载扰动的鲁棒性。
然而，它需要高计算能力和复杂的算法来估计电机状态并实时调节电流。
这些算法通常基于数学模型或者系统识别方法，以获得准确的位置和速度估计，并通过电流反馈控制来实现所需的转矩输出。
1.3智能化控制策略智能化控制策略利用人工智能技术实现自适应调节和优化控制，以提升电机系统性能。
其中，深度学习方法是一种常用的智能化控制策略。
模糊自适应PID控制器在无刷直流电机控制系统中的应用研究
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作 者 简 介 ： 文 俊 （ ９ ７） 男 ， 徽 长 丰 人 ， 士 研究 生 ． 戴 １ ８ 一， 安 硕
通 讯 作 者 ： 有 铸 （ ９ ２） 男 ， 徽 庐 江 人 ， 授 ， 导 ． 凌 １６ － ， 安 教 硕
第 ４ 期
戴 文 俊 ， ： 糊 自适 应 Ｐ Ｄ 控制 器 在 无刷 直 流 电机 控 制 系统 中 的应 用 研 究 等 模 Ｉ
和△ ｄ
的 隶 属 度 函 数
本 二维 模糊 控制 器 的模糊 逻辑 推理 采用 Ｍａ ａ ｉ 则 ， ｍｄ ｎ 法 去模 糊 化 采 用重 心 法 ， 可求 出修 正 后 的模 糊
基 金 项 目 ： 徽 省 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （１ ４ ６ ６ １ ） 安 徽 省 高 校 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ｊＯ ｌ ２ ９ ； 湖 市 科 技 安 １ ０ ０ ０ ｍ１ ５ ； ｋ２ｌ ｂ １ ）芜
计 划 基 金 资 助 项 目［ 科 计 字 （０ １ ４ 文 ］ 芜 ２ １ ）７号
文献标识码 ： Ａ 中 图 分 类 号 ： Ｍ３ １ Ｔ ５
１ 无 刷 直 流 电机 （ Ｌ Ｃ ） Ｂ Ｄ Ｍ 的数 学模 型
］ 曼］ ＬＬ ｃ 一 ］ ＭＭＭ＋ 毒 『 ］ ｉ ＋ ｛ ］］ Ｌ
无刷直流电机控制系统设计与实现
无刷直流电机控制系统设计与实现一、本文概述随着科技的不断进步和电机技术的快速发展，无刷直流电机（Brushless Direct Current, BLDC）因其高效率、低噪音、长寿命等优点，在电动工具、航空航天、汽车电子、家用电器等多个领域得到了广泛应用。
然而，要实现无刷直流电机的高效、稳定运行，离不开先进且可靠的控制系统。
本文旨在对无刷直流电机控制系统的设计与实现进行深入探讨，分析控制策略、硬件构成和软件编程，并结合实例，详细阐述控制系统在实际应用中的表现与优化方向。
通过本文的研究，希望能够为相关领域的学者和工程师提供有价值的参考，推动无刷直流电机控制系统技术的进一步发展和应用。
二、无刷直流电机基本原理无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDCM）是一种采用电子换向器代替传统机械换向器的直流电机。
其基本工作原理与传统的直流电机相似，即利用磁场与电流之间的相互作用产生转矩，从而实现电机的旋转。
但与传统直流电机不同的是，无刷直流电机在结构上取消了碳刷和换向器，采用电子换向技术，通过电子控制器对电机内部的绕组进行通电控制，从而实现电机的旋转。
无刷直流电机通常由定子、转子、电子控制器和位置传感器等部分组成。
定子由铁芯和绕组组成，负责产生磁场；转子则是由永磁体或电磁铁构成，负责在磁场中受力旋转。
电子控制器是无刷直流电机的核心部分，它根据位置传感器提供的转子位置信息，控制电机绕组的通电顺序和通电时间，从而实现电机的连续旋转。
位置传感器则负责检测转子的位置，为电子控制器提供反馈信号。
在无刷直流电机的工作过程中，当电机绕组通电时，会在定子中产生一个旋转磁场。
由于转子上的永磁体或电磁铁与定子磁场之间存在相互作用力，转子会在定子磁场的作用下开始旋转。
当转子旋转到一定位置时，位置传感器会向电子控制器发送信号，电子控制器根据接收到的信号控制电机绕组的通电顺序和通电时间，使定子磁场的方向发生变化，从而驱动转子继续旋转。
基于Multi-agent直流电机控制系统研究
第14卷 第2期 广西工学院学报 V o l114 N o12 2003年6月 JOU RNAL O F GUAN GX IUN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY June12003文章编号 100426410(2003)022*******基于M ulti-agen t直流电机控制系统研究毛晓英1,2,罗文广1(11广西工学院电子信息与控制工程系,广西柳州 545006;21武汉大学电气工程学院,湖北武汉 430072)摘 要:提出一种由交互A gen t、管理A gen t和执行A gen t等多个A gen t构成的直流电机控制系统基本框架,为电机控制提供一些新思路、新方法。
仿真实验表明:将A gen t应用于控制系统,可以提高系统的性能、适应性和柔性,应用范围也可以扩大。
关 键 词:多A gen t;控制系统;直流电机中图分类号:T P273 文献标识码:A1 引言 A gen t(智能体)的理论、技术,特别是M u lti2agen t的理论、技术,是目前计算机科学领域中一个非常重要和活跃的研究内容之一,它的发展越来越受到控制界的关注,并把它引入到控制系统中,为复杂系统的控制提供了一条新的途径[1,2,3]。
本文试图建立一个基于M u lti2agen t直流电机控制系统的基本框架,为电机控制提供一些新思路、新方法。
在构建该框架时,根据系统运行的要求,采用多个功能不同的智能体,各自完成自己的任务,同时彼此之间又相互通信、协调,共同完成控制作业任务。
2 B D I agen t结构[4,5] BD I(B elief2D esire2In ten ti on)模型是目前较著名的智能A gen t模型,它被成功地应用于工业过程控制、商务过程管理和诊断系统等领域。
本文采用BD I模型构造控制系统。
标准的BD I模型主要包含了3个要素,即信念(B elief)、愿望(D esire)、意向(In ten ti on)。
无刷直流电机自适应调速控制系统的设计
犇犲狊犻犵狀狅犳犅狉狌狊犺犾犲狊狊犇犆 犕狅狋狅狉犃犱犪狆狋犻狏犲犛狆犲犲犱犆狅狀狋狉狅犾犛狔狊狋犲犿
ＬｕＪｕｎ１，ＣｈｅｎｇＳｈｉｑｉｎｇ１，Ｈｕａｎｇ Ｈａｉｂｏ１，ＣｈｅｎＹｕｆｅｎｇ１，ＧａｏＹｕｎ２，ＷａｎｇＺｈｉｈｕ２
收 稿 日 期 ：２０１８ １２ ２４； 修 回 日 期 ：２０１９ ０５ ２８。 基 金 项 目：湖 北 省 中 央 引 导 地 方 科 技 发 展 专 项 （２０１８ＺＹＹＤ００７），湖 北 省 科 技 支 撑 计 划 项 目（２０１５ＢＡＡ０４９）。 作 者 简 介 ：卢 军（１９８９ ），男 ，安 徽 宿 州 人 ，硕 士 ，讲 师 ，主 要 从 事汽车电子控制技术方向的研究。 黄 海 波（１９７４ ），男 ，湖 北 十 堰 人 ，博 士 ，教 授 ，主 要 从 事 汽 车 电 子控制技术方向的研究。
为了使得三相直流无刷电机在各控制系统中得到更好 的运用，设 计 生 产 一 款 稳 定 的、控 制 性 能 优 越、成 本 低 廉 的驱动控制器将成为直 流 无 刷 电 机 发 展 的 重 要 需 求［４６］。 本 系统设计的是 基 于 ＳＰＡＮＳＩＯＮ ＭＢ９ＢＦ１２１Ｋ 单 片 机 的 三 相 直流无刷电机控制系统，系统采用上位机实现电机转速设
犓犲狔狑狅狉犱狊：ＤＣｂｒｕｓｈｌｅｓｓｍｏｔｏｒ； ＭＢ９ＢＦ１２１Ｋ；ｍｉｘｅｄｓｐｅｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ａｄａｐｔｉｖｅｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌ
０ 引 言
直流电动机具有运行效率高、调速性能好等诸多优点 而得以广 泛 的 运 用。 但 传 统 的 直 流 电 动 机 大 都 采 用 电 刷， 以机械换相方式进行换相即有刷电机，由于摩擦等物理因 素进而存在噪声、火 花、无 线 电 干 扰 以 及 寿 命 短 等 弱 点 。 ［１］ 随着半导体行业的飞跃发展发展，借助位置传感器和电子 换 相 线 路 来 替 代 机 械 换 相 的 直 流 无 刷 电 机 应 运 而 生 ［２ ３］。
基于无模型自适应控制方法的直流电机调速系统
ｍｕ ｈ ｃ ｍｐ ｔ ｒｎ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｅ ｌ ｔ ｔ ｅ ｖ ｏ ｕ ａ ｉｎ ｂ ｒ ｅ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｅｉ ｇ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔｏ ｃ ｏ ｕ ｅ ｉ ｇ ｒ ｓ ｕ ｃ ｏ ｄ ａ ｈ ｉｓ ｈ ａ ｙ ｃ ｍｐ ｔ ｔ ｕ ｄ ｎ ｉ ｒ ｅ ｏ ｍｅ ｔｎ ｈ ｅ ｕ ｒ ｗｉ ｏ ｅ ｎ ｆ
非 线 性 离 散 时 间 系 统 的 无 模 型 自适 应控 制方 法应 用在 直 流 电 机 速 度 控 制 中 ， 制 器 的设 计 是无 模 型 的 ， 补 控 弥
了经 典 自适 应 控 制 阶数 高 时 在 线 计 算 量 过 大 而 不 能 适 应 于 系统 快 速 变 化 过 程 的 不 足 。系 统 包 括 控 制 部 分 和
ｆ ｅ ． Ｔｈｅ ｃ ｎｔｏｌｉ ｅ ｙ ｅ ｆ ｃ ｉｅ ｗ ｈ ｎ ｏ ｌｏｒ ｒ ｒ ｏ ｉ ｈ ｔ ｔｔ ｅ ｃａ ｓｃ ｌａ ｐｔｖ ｏｎｔｏｌｎ ｄｓｔ ｒｅ ｏ ｒ ｓ ｖ ｒ ｆｅ ｔｖ ｅ ｍ ｄｅ ｄｅ ｓ ａ ｅ ｔ ｏ ｈ ｇ ｈａ ｈ ｌｓ ｉａ ｄａ ｉｅ ｃ ｒ ｅｅ ｏｏ
（．北京机械 工 业学 院 计算机 及 自动化 系， １ 北京 １０ ８ ； ０ ０ ５
２ ．北 京 交通 大 学 先进控 制 系统研 究所 ， 京 １ ０ ４ ） 北 ０ ０ ４
摘 要 ： 计 了 一种 应 用 数 据 采 集 卡 的无 模 型 学 习 自适 应 直 流 调 速 系统 ， 基 于 全 格 式 线 性 化 的 单 人 单 出 设 将
ＣＡＯ ｎ — ｎ ， Ｒｏ ｇ ｍｉ ＨＯＵ ｈ ｎ — ｈ ｎ 。 ＢＡＩＸｕ —ｅ ｇ Ｈ ＵＡＮＧ ｉ ｎ Ｚ ｏ ｇｓ ｅ ｇ ， ｅ ｆ ｎ ， Ｊａ
无刷直流电机自适应模糊直接转矩控制研究
ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｋ ｕ ｎ ｍ ｉ ｎ ｇ Ｙ ｕ ｎ ｎ ａ ｎ ６ ５ ０ ５ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｗｉ ｔ ｈ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｂ ｉ ｇ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｒ ｉ ｐ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｂ ｒ ｕ ｓ ｈ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｄ Ｃ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ （ Ｂ Ｌ Ｄ Ｃ Ｍ） ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｏ ｒ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｐ Ｉ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｌ ｏ ｏ ｐ ， ａ ｎ ａ ｄ ａ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ
直流无刷电机模糊自适应PID控制系统研究
和 位置 传感 器三 个 部 分 ，其 结 构 原 理 如 图 １所 示 。
它用 电子 换 向代 替 了 传 统 的 电刷 机 械 换 向 ，将 读
糊 化环 节 生 成 两 个 模 糊 子集 Ｅ、Ｅ Ｃ，接 着 进 行 模
糊 逻辑 推理 ，得 到模 糊 论 域 上 的输 出模 糊 子 集 ， 再 经过 解 模 糊 化 处 理 ，得 到 输 出论 域 上 的 控 制 量
高庆 文
（ 玉柴 联 合 动 力股 份 有 限公 司 ，安 徽 芜湖 ２ ４ １ ０ ８ ０ ）
［ 摘要］ 阐述 了直流 无刷 电机 工作原理及数 学模型 ；介绍 了模糊控 制理 论 ，提 出模糊 自适 应 Ｐ Ｉ Ｄ控 制 策略 ；在 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ环境下 ，使 用反 电动势建模 法建立 了直 流无刷 电机控 制 系统的模 型 ，并进行仿 真分析 ；利 用模糊 自适应 Ｐ Ｉ Ｄ控 制策略 改进 速度控 制器 中的常规 Ｐ Ｉ Ｄ算法 ，进行 仿真 ，并将 所得结果进 行对 比。
ｕ，
一Ｔ Ｌ — Ｂ ｔ ｏ ＝． ， 尸 幻 （ １ ）
３ ． １ ． ２ 速 度控 制模块
图 ３ 模 糊 控 制器 的 结构 图
常规 Ｐ Ｉ Ｄ速度 控制模 块 的结构 如 图 ５所示 。它 只有单 个 输 入 量 ， 即参 考 转 速 和 实 际 转 速 的 差 值
３ 直流 无刷 电机 控 制建 模 与 仿 真
取到的位置传感器信号转换成功率开关信号 ，依次
导通 功率逆变 桥 上 的 ６个 功 率管 ，使 得直 流 无 刷 电 动机 在运行过 程 中定 子绕 组所 产 生 的磁场 和 转 动 中 的转 子永磁磁 场 ，在 空 间上始 终 保 持在 （ ＇ ｒ ｒ ／ ２ ）ｒ ａ ｄ
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０ 引言
随 着 加 工 技 术 的 不 断 发 展 以及 对 产 品工 艺 要 求 的提 高 ，人 们对 电机 的性 能 及 控 制精 度提 出 了 更 高 的 要 求 。 为 了 实 现 对 电机 的 精 准 控 制 ，上 世 纪 初 ， 在 传统 电机 控 制 方法 的基 础 上 ，提 出 了 伺 服 控 制 的 方 法 ，通 过 对 电机 的 电流 、速 度 和 位
置 信 号 进 行 反 馈 ， 实 现 了对 电机 的 精 准控 制 。但 是 ， 由于 电机 内部 的参数 具有 慢时 变性 的特 点…， 伺 服 驱 动 系统 收 外 界 的 干 扰 较 大 ，在 直 线 电机 驱
关 键技 术 ， 伺 服 驱动 系统 的性 能 直 接 关 系到 执 行
号 、速 度 信号 和位 置信号 ，实现 闭环控 制 。
制 系 统 的 参 数 进 行 实 时 调 整 ，提 高 驱 动 系 统 的鲁
棒性 。
１ 伺服驱 动系统
１ ． １伺服驱动系统简介 所 谓 伺 服 驱动 系 统 就 是 用 来 控 制 被 控 对 象 的 某 种 状 态 ，使 其 能 自动 的 、连 续 的 、精 确 的复 现 输 入 信 号 的变 化 规 律 的 系统 ，它 通 常 是 一 个 闭环
ＤＵＡＮ Ｚｈ ｅ ｎ ｇ — ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ
（ 重庆水利 电力职业技术 学院 ，重 庆 ４ ０ ２ １ ６ ０ ）
ห้องสมุดไป่ตู้
摘 要 ：由于伺服驱动技术能极大地提高 电机静 、动态特性 ，稳定性能及控制精度 ，使得伺服驱动技术 成为今 年电机控 制技术 的热点。但传 统伺服 驱动技术参 数整定 困难 、系统 数学建模复 杂、适 应性弱 等问题一 直难以解决 ，本文提 出基于模 糊控制技 术的自适应 直流 电机 伺服驱动 系统 ， 并通过Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ 建立于模糊 自适应ＰＩ （ Ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ １ ）控制器的仿真模型 ，对 比传统Ｐ Ｉ 控制器与模糊自适应Ｐ崆 制器的仿真结果 ，表明模糊 自适 应Ｐ崆 制器对输入信号具有更快的响
、 ｌ
訇 似
直流 电机伺 服驱 动 自适应控制 系统的研 究
Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｏｎ ｔ ｈｅ ａｄａｐｔ ｉ ｖ ｅｌ ｙ ｃｏｎｔ ｒ ｏｌ ｌ ｉ ｎｇ ｓ ｙｓ ｔ ｅｍ ｏ ｆ ＤＣ ｍ ｏｔ ｏｒ ｓ ｅｒ ｖｏ ｄｒ ｉ ｖｅ
段 正 忠
控 制 系统 。伺 服 驱 动 系统 的控 制 对 象 是 电机 ，
１ ． ２ 伺 服驱 动 系统 的分 类
伺 服 驱 动 系 统 的 种 类 很 多 ， 根 据 不 同 的分 类 方 法 ，伺 服 驱动 系统 可 分 为 不 同的 种 类 。按 照驱
动 电 机 的 不 同 可 分 为 直 流 伺 服 驱 动 系 统 、 交 流
伺 服 驱动 系统 和 步 进 电机 伺 服 系统 ； 根 据控 制 器 实现 方法 的不 同 ，可 将 其 分 为 模 拟 伺 服 系统 和 数
核 心 是 控 制 器 ，它 接 受 来 自上 位 机 或数 控 装置 发 送 的脉 冲 指
令 ，并 通 过 控 制 器 经 信 号 变 换 和 电 压 、 功 率 放 大 驱动 电机 实
作者简介：段正忠 （ １ ９ ７ １ 一），男，重庆永 川人 ，副教授 ，硕 士，研 究方向为发 电机和 电动机控 制。 第３ ５ 卷 第１ １ 期 ２ ｏ １ ３ —１ １ （ 上） ［ １ ０ １ ］
ｌ
匐 地
图２ 模糊 自适 应 控 制 系统 组 成
字 伺 服 系统 ；根 据 有 无 检 测 装 置及 反 馈 环 节 的 不
应速度更强鲁棒性。 关键 词 ；伺服驱动 ；Ｐ Ｉ 控制器 ；模糊自适应控制 ；鲁棒性
中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ５ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ —０ １ ８ ４ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ （ｉ － ） 一０ １ ０ １ — ０ ３
Ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ｃ ｌ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． １ １ （ 上） ． ２ ８
元件静 态和动 态特 性 、稳定 性能及 加 工精 度 。 伺 服 驱 动 系 统 由控 制 器 、 功 率 驱 动 装 置 、反
馈 装 置 和 电 机 组 成 ， 控 制 器 部 分 用 于 实 现 伺 服
控 制 算 法 ，并 实 现 对 反 馈 装 置 的 信 号 采 集 和 处
理 ，功 率 驱 动 装置 用 于 将 控 制 器 输 出的 控 制 信 号
Ｉ 兰竺 １ ． ｊ ‘ 。
速 度 反 馈 位置反馈
’
现 角 位 移 或 直 线位 移 。伺 服 驱
动 系统 是 精 密 加 工制 造 、数 控
加 工 中心 以 及航 天 宇航 制造 的
收 稿 日 期 ：２ ０ １ ３ － ０ ９ －１ ２ 图 １ 伺 服控 制 系统 框 图
转 换 为 大 功 率 ，高 电平 信 号 ，驱 动 电机 实现 指 定
动 作 ，反 馈 装置 用 于 检 测 电机 的 实 时 信 号 ， 如 电 流 、速 度 、 位 置 等 。 图 １ 显 示 了伺 服 驱 动 系统 的
动 系统 中尤 为 明显 ，为 了使 伺 服 驱 动 系 统 获 得 强 鲁 棒 性 ，提 出 自适 应 控 制 的 方 法 ，通 过 对 伺 服控
控 制 框 图 ， 伺服 控 制 系统 通 常 是 一 个 闭环 控 制 系 统 ，其 接 收 系统 的驱 动 指 令 ，并 通 过 位 置控 制 、 速 度控 制 、 电流 控 制 等 算 法 ，并 通 过 硬 件 电路 驱 动 电机 工 作 ， 同时 ，控 制 系统 接 收 反 馈 的 电流 信