智能控制器的设计,以减少转矩脉动直流无刷电机驱动

V。Shanthamoorthy1, N。M Jothi swaroopan2

PG学生(PED),部门EEE,智慧化Tamilnadu K工程学院,钦奈,印度
教授,EEE称,智慧化Tamilnadu K工程学院,钦奈,印度

文摘

无刷直流电机(BLDCM)的电动机类型迅速流行。他们被广泛应用于航空航天等行业应用,汽车、消费、医疗、工业自动化设备和仪器,这是由于其固有的优势的低惯性,高动态响应,无声的行动,速度更高的范围和效率高。另外的比值大小的扭矩传递给电动机更高,使它有用的空间和重量的应用程序中是至关重要的因素。刷马达有高转矩波动的缺点导致问题像声学噪音和振动,影响系统的性能。总是倾向于有一个驱动器更快,更流畅的速度响应和减少波纹电流和扭矩。在这个项目中一个简单的控制方案已经实现,不需要知道emf或形状函数,甚至没有复杂的计算。为了解决相关的问题与传统的PI速度控制器,提出了基于模糊速度控制器来消除转矩波动。它设计简单,消除了复杂的数学计算。提出系统的有效性验证了模拟结果。的性能,使用MATLAB / SIMULINK证明

关键字

刷,EMF, PI控制器,模糊逻辑控制器。

介绍

电动机,直流电机的属性,但消除了称为无刷直流电机换向器和刷子。现在正在取代传统的直流电机无刷直流电机在许多情况下(刷)。他们是由直流电压,但当前的变换是电子化的固态开关。刷电机可在许多不同的额定电压(即)四十八伏电压额定发动机用于汽车,机器人等与几百伏汽车更高的自动化和工业应用中使用。刷电机有刷直流电机和感应电动机各种优势。这些都是

一个¯·更好的速度和转矩特性

一个¯·高动态响应

一个¯·效率高

一个¯·长使用寿命

一个¯·无声的操作

一个¯·高速范围

无刷直流电机的转矩主要受反电动势波形的影响。大小的扭矩传递给电动机的比率较高,使其可用于应用程序空间和重量是至关重要的因素。一般刷马达已经用直角梯形反电动势波形的定子电流,给出了恒转矩。然而在实践中存在转矩脉动主要由于电动势波形的不完美,纹波电流、相电流换向。本文解释了简单的电机模型的无刷直流电机和减少转矩脉动进行了分析通过PI速度控制器和模糊逻辑控制器。

二世。构造和工作原理

无刷直流电机也称为电子整流马达,没有刷子转子和换向进行电子在特定转子位置。定子相绕组中插入插槽,或者可以作为一个伤口在磁极线圈。永磁体的磁化强度和对转子的位移是选择以这样的方式来获得梯形反电动势。这使得三相电压系统矩形被用来产生一个旋转磁场减少扭矩波纹。在这个视图中无刷直流电机相当于一个反向直流换向器电动机在磁铁旋转时导体上仍然是静止的。

和由换向器和刷子逆转,但在无刷直流电机的情况下,极性倒转是通过半导体开关是开启或关闭与转子位置同步。除了更高的可靠性、换向器的缺失会导致另一个优势。这个换向器还可以作为限制因素在直流电机的最大速度。因此,更高的速度刷马达操作使用。更换一个直流电机无刷直流电机控制算法有更高的要求,控制电路。最初的无刷直流电机通常被认为是作为一个三相系统,因此它必须是由三相电源退出。那么一定角度的转子位置必须配以回emf的外加电压。emf和换向事件之间的对齐是非常重要的。在这种情况下,电机是直流电机,运行在最佳工作点。但造成的无刷直流电机的缺点是需要转换器电路和转子位置测量是由优秀的性能和可靠性,使相等,也通过增加价格的权力组件和控制电路。

三世。无刷直流电机的数学模型

无刷直流电机的建模可以开发以同样的方式作为一个三阶段同步机。一些动态特性是不同的,因为有一个永久磁铁安装在转子上。磁性材料决定了电机的磁链。因此饱和磁通是典型的这种汽车。任何典型的三相电机结构的无刷直流电机由一个三相电压源很兴奋。源可能不需要正弦。方波或其他波形可以应用的电压不超过最大峰值电压限制的运动。类似地,无刷直流电机的电枢绕组模型表示如下。

在那里,

L是电枢自身电感[H]

R-armature阻力(Ω)

Va、Vb, Vc -终端相电压(V)

ia、ib、ic -电机输入电流(一个),

eaebec——电动机反电势[V]

三相无刷直流电机的反电动势与toa转子位置和转子位置的函数和反电动势的每个阶段都有每个阶段120相角差方程应该如下所示

在那里,

千瓦回来了EMF常数同意一个阶段(v / rad.s-1)

θc -电机转子角(度)

ω-转子速度(rad.s-1)

电机转子角等于机械转子角的数量乘以杆双P:

在那里,

θmis机械转子角(rad)总转矩输出可以表示为每个阶段的总和。下一个方程代表了总转矩输出:

Te的总扭矩输出(Nm),

机械部分的方程表示如下

在那里,

Tl是负载转矩(Nm),

J -转子的惯性和耦合轴(Kgm2)

B -摩擦常数(Nms.rad-1)

IV.SIMULINK无刷直流电机的模型

无刷直流电机的仿真软件模型

与刷直流电机、无刷直流电机的换向是电子控制的。操作无刷直流电机定子绕组应该精力充沛的序列。重要的是要知道转子位置为了理解绕组将退出后,激励序列。获取转子位置,利用霍尔效应传感器固定在定子。大多数刷电动机有三个霍尔传感器嵌入定子non-driving结束的转子。

获得的高或低信号时转子磁极穿过霍尔传感器,表示南极或北极附近的传感器。计算可以确定的确切顺序的基础上,结合这三个霍尔传感器信号。

转换器的块是由使用下面的方程给出

霍尔传感器的变化状态,每60电度的旋转。它需要六个步骤来完成一个电周期。对应这个相电流切换应该更新每60电度。然而一个电周期可能不对应于一个完整的机械转子的革命。电循环的数量被重复完成机械旋转是由转子极对。一个电角度完成对每个转子极对。电子的数量每旋转周期等于转子极对。

V。控制器设计

控制器中扮演着重要的角色在决定瞬态或系统的动态响应。基本上常规PI控制器用于大多数的应用程序,但传统的PI控制器的落后速度和它的调优是一个非常严重的问题,如果系统是复杂的数学模型。进一步的PI控制器不能有效工作,如果系统是非线性的。这导致寻找其他合适的控制器。它不需要任何设计或优化数学模型的系统,但它需要系统上的专业知识和经验和其行为。系统响应可以快速通过使用模糊控制器具有良好的瞬态行为。系统中的瞬态超调也几乎消除。因此,模糊控制器是一种最合适的选择对系统非线性特征。因此,模糊控制器是用来减少转矩的波动无刷直流电机驱动器

比例积分都控制器设计

PI速度控制器的模型是由,

在G (s)是控制器传递函数s域的转矩误差比。Kp是比例增益,Ki获得积分。这些参数的优化是通过使用齐格勒尼科尔斯使用阶段和增益裕度规范方法。驱动应用程序的规格通常可用过度和沉降时间的百分比。PI参数选择,把波兰作为适当的位置来获得所需的响应。

得到这些参数使用齐格勒尼科尔斯方法确保稳定。从获得的动态响应仿真过火(Mp)和结算时间百分比(ts)的测量瞬态响应。在空载条件下系统的闭环传递函数给出

其中T (s)是闭环传递函数和Kp, Ki PI控制器参数,J是惯性矩和B是摩擦系数

模糊逻辑控制器的设计

模糊逻辑控制器是一个基于规则的控制器。它有三个阶段输入、处理和输出。输入或模糊化阶段地图传感器或其他输入如开关,指轮等,适当的隶属函数和真值。处理阶段调用每一个适当的规则并产生一个结果,然后结合了规则的结果。最后输出或去模糊化阶段结合结果转换回一个特定的控制输出。这里的三角形使用成员函数,尽管梯形和钟形曲线比形状及其位置更重要。

从3到7一般适合覆盖所需的输入范围值或模糊语言的“披露的宇宙”。有几种不同的方法来定义一个规则的结果,但最常见的一种,最简单的是“不等式”推理方法,输出的隶属函数是由生成的真值的承诺。模糊逻辑控制器的仿真图。

模糊规则有一个7 * 7决策表和两个输入变量和一个输出变量。的查找表为七个语言变量定义输入和输出规则(NB、纳米、NS、泽、PS、点,PB),代表负大,负中,负小,零,控制器收敛于积极参考价值小,积极的媒介,积极大分别在表1。

为简单起见,隶属函数是用指数形式表示

成员函数是一个十字路口的两个输入错误(e)和变化等的错误(Δe)写成

在a、b被定义为每个语言变量的区间,x是模糊输入或输出变量和我,j代表的数量标签1,6 7。三角型隶属度函数的选择是由于他们最好的控制性能和简单。会员是这种情况下的高度是1。

50%的重叠为邻国提供模糊子集。参考电流发生器的输入参考转矩(T *)和转子位置信号(θr)。3 A电流的大小(我*)是由使用参考转矩(T *)。根据转子位置,参考电流发生器生成参考电流(ia *, ib *, ic *)。这些参考电流的电流控制器。

为简单起见,隶属函数是用指数形式表示

成员函数是一个十字路口的两个输入错误(e)和变化等的错误(Δe)写成

在a、b被定义为每个语言变量的区间,x是模糊输入或输出变量和我,j代表的数量标签1,6 7。三角型隶属度函数的选择是由于他们最好的控制性能和简单。会员是这种情况下的高度是1

VI。仿真结果

第七章结论

模糊逻辑控制器(方法)已经被用于减少PMBLDC马达驱动的转矩波动和分析的结果,提出了一种模糊控制器的性能。整个传动系统的建模与仿真是本文中描述。模型的有效性是由性能预测建立在一个广泛的操作条件。之间的性能比较模糊逻辑控制器和常规控制器进行了仿真证实了模糊逻辑控制器的有效性和优越性。可以看出,在适当的在整流逆变器的输入电压,转矩脉动明显减少。它可以计算出转矩脉动减小约67.8%至55%在1500 r / min。

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