一种简易专家PID控制在BLDCM中的应用，主要由57ZWX01型BLDCM、STM32F103C8T6型MCU、IR2130S驱动器、IGBT等组成。MCU产生的PWM信号作为系统的输入，三个霍尔位置传感器输入决定IGBT开关管导通和截止，同时MCU根据两相霍尔器件发出脉冲间隔时间测算出转速，负载转矩的变化作为系统的扰动。无刷直流电机的速度与电压之间的非线性优化以及PID控制器设计只需在MCU编程时予以考虑并实现。通过实验证明，此简易专家PID控制器无需硬件成本，简单可行，易于实现，并具有较高的稳定性和鲁棒性，达到了良好的控制效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种简易专家PID控制在BLDCM中的应用，属于电机
技术介绍
无刷直流电机由于其结构简单、动态响应速度快、效率高等优点，在许多领域得到 了日益广泛的应用。但是由于无刷直流电机所具有的多变量、非线性，强耦合的特点，采用 常规的PID控制并不能获得很好的控制性能。为此，应用于在无刷直流电机上的控制算法 不断被提出，如模糊PID，模糊神经网络PID，PS0自适应PID等。其中模糊PID复杂度低， 但规则制定繁琐，而对于模糊神经网络、PS0优化等这些智能算法复杂度远高于常规PID， 且计算量大，导致软硬件成本提高，加之现有的控制无刷直流电机的单片机及DSP难以支 撑这样的运算量，所以在无刷直流电机实际应用上有所限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种低成本，简易可行的控制BLDCM转速的方法。 为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案予以实现：该简易专家PID 控制在BLDCM中的应用系统硬件主要由57ZWX01型BLDCM、STM32F103C8T6型MCU、IR2130S 驱动器、IGBT等组成。MCU产生的PWM信号作为系统的输入，三个霍尔位置传感器输入决定 IGBT开关管导通和截止，由光电编码器实时检测BLDCM的转速，负载转矩的变化作为系统 的扰动。 软件部分实现无刷直流电机的速度与电压之间的非线性优化以及专家PID控制 器设计。通过实验证明，此简易专家PID控制器无需硬件成本，易于编程，简单可行，易于实 现，并具有较高的稳定性和鲁棒性，达到了良好的控制效果。 本专利技术的优点：该系统电路简单，硬件成本非常低，程序简单，易于实现，控制效果 好。【附图说明】 图1为本专利技术的硬件系统结构图。 图2为本专利技术的电机驱动电压Ud与转速η之间的线性拟合图。 图3为本专利技术的简易专家PID控制的系统输出图。【具体实施方式】 下面结合附图和【具体实施方式】，对本专利技术的结构进行进一步详细说明。 -种简易专家PID控制在BLDCM中的应用硬件系统结构图如图1所示，主要由 57ZWX01 型 BLDCM、STM32F103C8T6 型 MCU、IR2130S 驱动器、IGBT 等组成。MCU 产生的 PWM 信号作为系统的输入，三个霍尔位置传感器输入决定IGBT开关管导通和截止，同时MCU根 据两相霍尔器件发出脉冲间隔时间测算出转速，负载转矩的变化作为系统的扰动。 一种简易专家PID控制在BLDCM中的应用的电机驱动电压Ud与转速η之间的线 性拟合图如图2所示，本系统采用120°型三相逆变器，任一时刻只有两相通电，其电流大 小相等，方向相反，可得出直流母线电压与转速的实际关系如下式所示： Ud为直流母线电压，R为绕组线电阻，η为电机转速，Τ ^为BLDCM的输出转矩，K 电机转矩系数，&为反电势系数，DU IGBT导通时的压降，是常量。通过实验测得BLDCM 的直流母线电压仏与转速η之间的速度调节特性如图2中曲线所示，即为非线性关系。通 过分析曲线图利用线性拟合原理得出折线图如图2中红色折线，并推出分段线性函数表达 式如下式所示： 1]_是U d的上限值，U _是u d的下限值。 -种简易专家PID控制的系统输出图如图3所示， 1.电机启动阶段 无刷直流电机启动时霍尔信号几乎为零，无刷直流电动机的系统是在开环控制， PID参数全部为零。 2.电机加速阶段 当无刷直流电机启动成功后，CPU会根据霍尔信号来切换IGBT开关的导通与断 开。同时，无刷直流电机将加速，由专家经验，积分分离将在整定PID控制器的参数被应用， 即在零超调的基础上Kp设置尽可能大，以确保速度更快的达到期望值。K 置为零，以防 止积分饱和的现象。 3.电机稳定运行阶段 此阶段无刷直流电机的旋转速度已趋于稳定。此时引入积分参数以消除速度的静 态误差。但是如果设置过大，超调量变大，过小，静态误差不能有效地消除。 在所有阶段，被设置为零，防止系统早期饱和、不稳定等。 搭建实验平台，通过编程实现专家PID控制算法，在给定转速分别为1500rpm和 2000rpm下，系统响应情况如图3所示的红色线和紫色线，而图3所示的蓝色和绿色线是采 用常规PID算法实现的效果图。可见，从系统的三个重要指标稳、快、准来看，该专利技术所提供 的设计方法更具有优势，而且编程简单，硬件成本低等诸多优点。【主权项】1. 一种简易专家PID控制在BLDCM中的应用，其特征是：系统主要由57ZWX01型BLDCM、 STM32F103C8T6型MCU、IR2130S驱动器、IGBT等组成。MCU产生的PWM信号作为系统的输 入，三个霍尔位置传感器输入决定IGBT开关管导通和截止，同时MCU根据两相霍尔器件发 出脉冲间隔时间测算出转速，负载转矩的变化作为系统的扰动。无刷直流电机的速度与电 压之间的非线性优化以及PID控制器设计只需在MCU编程时予以考虑并实现。通过实验证 明，此简易专家PID控制器硬件成本低，简单可行，易于实现，并具有较高的稳定性和鲁棒 性，达到了良好的控制效果。【专利摘要】一种简易专家PID控制在BLDCM中的应用，主要由57ZWX01型BLDCM、STM32F103C8T6型MCU、IR2130S驱动器、IGBT等组成。MCU产生的PWM信号作为系统的输入，三个霍尔位置传感器输入决定IGBT开关管导通和截止，同时MCU根据两相霍尔器件发出脉冲间隔时间测算出转速，负载转矩的变化作为系统的扰动。无刷直流电机的速度与电压之间的非线性优化以及PID控制器设计只需在MCU编程时予以考虑并实现。通过实验证明，此简易专家PID控制器无需硬件成本，简单可行，易于实现，并具有较高的稳定性和鲁棒性，达到了良好的控制效果。【IPC分类】H02P6/16, H02P6/08【公开号】CN105262381【申请号】CN201510723986【专利技术人】王春模, 孙立香, 黄春香, 殷士勇 【申请人】盐城工业职业技术学院【公开日】2016年1月20日【申请日】2015年10月23日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种简易专家PID控制在BLDCM中的应用，其特征是：系统主要由57ZWX01型BLDCM、STM32F103C8T6型MCU、IR2130S驱动器、IGBT等组成。MCU产生的PWM信号作为系统的输入，三个霍尔位置传感器输入决定IGBT开关管导通和截止，同时MCU根据两相霍尔器件发出脉冲间隔时间测算出转速，负载转矩的变化作为系统的扰动。无刷直流电机的速度与电压之间的非线性优化以及PID控制器设计只需在MCU编程时予以考虑并实现。通过实验证明，此简易专家PID控制器硬件成本低，简单可行，易于实现，并具有较高的稳定性和鲁棒性，达到了良好的控制效果。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王春模，孙立香，黄春香，殷士勇，
申请(专利权)人：盐城工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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