CN105867111A - 水泵用九相无刷直流电机调速系统及其并联式转速控制器 - Google Patents
水泵用九相无刷直流电机调速系统及其并联式转速控制器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105867111A CN105867111A CN201610414479.2A CN201610414479A CN105867111A CN 105867111 A CN105867111 A CN 105867111A CN 201610414479 A CN201610414479 A CN 201610414479A CN 105867111 A CN105867111 A CN 105867111A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- output
- input
- control module
- rotational speed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 title abstract 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims abstract description 55
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 28
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 17
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 abstract description 9
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 10
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 101150005267 Add1 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150014859 Add3 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150067835 FCN2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100280824 Xenopus laevis fcn1-b gene Proteins 0.000 description 1
- 101150060298 add2 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D13/00—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
- G05D13/62—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover characterised by the use of electric means, e.g. use of a tachometric dynamo, use of a transducer converting an electric value into a displacement
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
本发明公开了一种水泵用九相无刷直流电机的并联式转速控制器，包括第一加法器、模糊PID转速控制模块、分数阶PID转速控制模块、用于根据水泵用九相无刷直流电机的负载状态生成不同的指示信号的绝对值模块以及用于在指示信号表示负载状态为有载时，控制模糊PID转速控制模块的输出端作为并联式转速控制器的输出端，在指示信号表示负载状态为空载时，控制分数阶PID转速控制模块的输出端作为并联式转速控制器的输出端的选择开关。本发明能够根据负载需要来选择合适的控制方式来进行转速控制，提高了对转矩脉动的抑制效果以及对转速增高/降落的优化效果。本发明还公开了一种水泵用九相无刷直流电机调速系统，包括以上并联式转速控制器，也具有上述效果。
Description
技术领域
本发明涉及电机转速控制领域，特别是涉及一种水泵用九相无刷直流电机调速系统及其并联式转速控制器。
背景技术
随着生产技术的迅速发展，无刷直流电机越来越多地应用到生产生活中来，而如今由于工业生产需求的不断提升，人们对无刷直流电机转速控制的控制效果提出了更高的要求。
目前，水泵用九相无刷直流电机调速系统采用的是普通PID控制器来对转速进行控制，具有结构简单、易于实现等优点。在转速控制过程中，不可避免的会产生一定的转矩脉动和一定的转速增高/降落，且根据不同的负载状态，会需要调速系统具有较好的转矩脉动抑制效果或较好的转速增高/降落优化效果。但是，由于普通PID控制是一种线性控制，而水泵用九相无刷直流电机调速系统为非线性系统，故普通PID控制对转矩脉动的抑制效果以及转速增高/降落的优化效果均较差。
因此，如何提供一种调整效果好的水泵用九相无刷直流电机调速系统及其并联式转速控制器是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种水泵用九相无刷直流电机调速系统及其并联式转速控制器，能够根据负载需要来选择合适的控制方式来进行转速控制，提高了对转矩脉动的抑制效果以及对转速增高/降落的优化效果。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种水泵用九相无刷直流电机的并联式转速控制器，包括第一加法器、模糊PID转速控制模块、分数阶PID转速控制模块、用于根据所述水泵用九相无刷直流电机的负载状态生成不同的指示信号的绝对值模块以及选择开关；其中：
所述第一加法器的正输入端为所述并联式转速控制器的给定转速输入端，所述第一加法器的负输入端为所述并联式转速控制器的实测转速输入端；所述第一加法器的输出端分别与所述模糊PID转速控制模块的输入端以及所述分数阶PID转速控制模块的输入端相连；
所述模糊PID转速控制模块的输出端与所述选择开关的第一动端相连，所述分数阶PID转速控制模块的输出端与所述选择开关的第二动端相连；
所述绝对值模块的输入端与所述水泵用九相无刷直流电机的负载模块相连，所述绝对值模块的输出端与所述选择开关的控制端相连；
所述选择开关的不动端为所述并联式转速控制器的输出端；所述选择开关用于在所述指示信号表示所述负载状态为有载时，控制所述模糊PID转速控制模块的输出端作为所述并联式转速控制器的输出端，在所述指示信号表示所述负载状态为空载时，控制所述分数阶PID转速控制模块的输出端作为所述并联式转速控制器的输出端。
优选地，还包括：
第一限幅模块，所述第一限幅模块的输入端与所述控制开关的不动端相连，所述第一限幅模块的输出端为所述并联式转速控制器的输出端。
优选地，所述模糊PID转速控制模块包括用于对比例参数、积分参数以及微分参数进行调整的模糊PID参数整定控制器、积分模块、微分模块、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器以及第二加法器，其中：
所述第一加法器的输出端分别与所述模糊PID参数整定控制器的输入端、所述第一乘法器的第二输入端、所述积分模块的输入端以及所述微分模块的输入端相连；
所述积分模块的输出端与所述第二乘法器的第二输入端相连，所述微分模块的输出端与所述第三乘法器的第二输入端相连；
所述模糊PID参数整定控制器的比例参数输出端与所述第一乘法器的第一输入端相连，所述模糊PID参数整定控制器的积分参数输出端与所述第二乘法器的第一输入端相连，所述模糊PID参数整定控制器的微分参数输出端与所述第三乘法器的第一输入端相连；
所述第一乘法器的输出端、所述第二乘法器的输出端以及所述第三乘法器的输出端分别与所述第二加法器的三个输入端对应相连；所述第二加法器的输出端为所述模糊PID转速控制模块的输出端。
优选地，所述分数阶PID转速控制模块包括比例参数控制模块、积分参数控制模块、微分参数控制模块、用于获得接近给定积分阶次的实际积分阶次，并根据所述实际积分阶次对输入信号进行变化步调调整的分数阶积分滤波器模块、用于获得接近给定微分阶次的实际微分阶次，并根据所述实际微分阶次对输入信号进行进行振荡调整的分数阶微分滤波器模块以及第三加法器；
所述第一加法器的输出端分别与所述比例参数控制模块的输入端、所述积分参数控制模块的输入端以及所述微分参数控制模块的输入端相连；
所述积分参数控制模块的输出端与所述分数阶积分滤波器模块的输入端相连；所述微分参数控制模块的输出端与所述分数阶微分滤波器模块的输入端相连；
所述比例参数控制模块的输出端、所述分数阶积分滤波器模块的输出端以及所述分数阶微分滤波器模块的输出端分别与所述第三加法器的三个输入端对应相连，所述第三加法器的输出端为所述分数阶PID转速控制模块的输出端。
优选地，所述分数阶积分滤波器模块包括用于使所述实际积分阶次逼近所述给定积分阶次，并按照所述实际积分阶次对输入信号进行变化步调调整的积分逼近模块以及用于对所述积分逼近模块的输出信号进行微调的积分惯性模块；
所述积分逼近模块的输入端为所述分数阶积分滤波器模块的输入端，所述积分逼近模块的输出端与所述积分惯性模块的输入端相连，所述积分惯性模块的输出端为所述分数阶积分滤波器模块的输出端；
所述分数阶微分滤波器模块包括用于使所述实际微分阶次逼近所述给定微分阶次，并按照所述实际微分阶次对输入信号进行振荡调整的微分逼近模块以及用于对所述微分逼近模块的输出信号进行微调的微分惯性模块；
所述微分逼近模块的输入端为所述分数阶微分滤波器模块的输入端，所述微分逼近模块的输出端与所述微分惯性模块的输入端相连，所述微分惯性模块的输出端为所述分数阶微分滤波器模块的输出端。
优选地，所述分数阶PID转速控制模块还包括：
用于对所述分数阶PID转速控制模块进行整体微调的全局比例放大控制模块，所述全局比例放大控制模块的输入端与所述第一加法器的输出端相连，所述全局比例放大控制模块的输出端分别与所述比例参数控制模块的输入端、所述积分参数控制模块的输入端以及所述微分参数控制模块的输入端相连。
优选地，所述比例参数控制模块、所述积分参数控制模块、所述微分参数控制模块以及所述全局比例放大控制模块均为乘法器。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种水泵用九相无刷直流电机调速系统，包括以上任一项所述的并联式转速控制器。
本发明提供了一种水泵用九相无刷直流电机的并联式转速控制器，包括模糊PID转速控制模块、分数阶PID转速控制模块以及选择开关，选择开关由绝对值模块生成的指示信号进行控制，而指示信号根据水泵用九相无刷直流电机的负载状态生成。根据实验结果可知，模糊PID转速控制模块对于转矩脉动具有较好的抑制效果(比普通PID控制以及分数阶PID转速控制的抑制效果好)，分数阶PID转速控制模块对于转速增高/降落具有较好的优化效果(比普通PID控制以及模糊PID转速控制的优化效果好)；故当水泵用九相无刷直流电机有载时，由于此时需要并联式转速控制器具有较好的转矩脉动抑制效果，而对转速优化的要求较低，故该种情况下采用将模糊PID转速控制模块接入；当水泵用九相无刷直流电机空载时，由于此时需要并联式转速控制器具有较好的转速优化效果，而对转矩脉动的抑制要求较低，故该种情况下采用将分数阶PID转速控制模块接入。由此可见，本发明根据负载需要来选择合适的控制方式来进行转速控制，提高了对转矩脉动抑制效果以及转速增高/降落的优化效果。本发明还提供了一种水泵用九相无刷直流电机调速系统，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种水泵用九相无刷直流电机的并联式转速控制器的仿真结构示意图；
图2为本发明提供的一种并联式转速控制器中的模糊PID转速控制模块的仿真结构示意图；
图3为本发明提供的一种并联式转速控制器中的模糊PID参数整定控制器的仿真结构示意图；
图4为本发明提供的一种并联式转速控制器中的分数阶PID转速控制模块的仿真结构示意图；
图5为本发明提供的一种水泵用九相无刷直流电机调速系统的仿真结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种水泵用九相无刷直流电机调速系统及其并联式转速控制器，能够根据负载需要来选择合适的控制方式来进行转速控制，提高了对转矩脉动的抑制效果以及对转速增高/降落的优化效果。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种水泵用九相无刷直流电机的并联式转速控制器，参见图1所示，图1为本发明提供的一种水泵用九相无刷直流电机的并联式转速控制器的仿真结构示意图；其中，n-ref—给定转速、n—实测转速、Add1—第一加法器、FuzzyPIDController—模糊PID转速控制模块、Abs—绝对值模块、TL—负载模块、Oustaloup—分数阶PID转速控制模块、Switch—选择开关、Saturation—第一限幅模块、Is—输出。
该并联式转速控制器包括第一加法器、模糊PID转速控制模块、分数阶PID转速控制模块、用于根据水泵用九相无刷直流电机的负载状态生成不同的指示信号的绝对值模块以及选择开关；其中：
第一加法器的正输入端为并联式转速控制器的给定转速输入端，第一加法器的负输入端为并联式转速控制器的实测转速输入端；第一加法器的输出端分别与模糊PID转速控制模块的输入端以及分数阶PID转速控制模块的输入端相连；
模糊PID转速控制模块的输出端与选择开关的第一动端相连，分数阶PID转速控制模块的输出端与选择开关的第二动端相连；
绝对值模块的输入端与水泵用九相无刷直流电机的负载模块相连，绝对值模块的输出端与选择开关的控制端相连；
选择开关的不动端为并联式转速控制器的输出端；选择开关用于在指示信号表示负载状态为有载时，控制模糊PID转速控制模块的输出端作为并联式转速控制器的输出端，在指示信号表示负载状态为空载时，控制分数阶PID转速控制模块的输出端作为并联式转速控制器的输出端的。
其中，模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，是一种模仿人类的推理和思维模式的一种智能控制方式。该控制方式首先将获取的信号进行模糊化处理，然后将工作人员的操作经验编成模糊规则，由模糊规则对模糊后的信号进行模糊推理，然后将推理后得到的输出量输出，从而实现仿人类的智能控制。而模糊PID转速控制是将模糊控制与普通PID控制相结合，通过模糊控制来调整普通PID控制中的各个参数的大小，进而使控制结果精度更高，超调量更小。
可以理解的是，通过实验数据可知，模糊PID转速控制对转矩脉动的抑制效果优于分数阶PID转速控制或普通PID控制，而分数阶PID转速控制对转速增高/降落的优化效果优于模糊PID转速控制或普通PID控制。
水泵用九相无刷直流电机工作过程中，主要包括两种负载状态：空载和有载(含加载和去载，即突加负载和突减负载)。负载模块输出的负载状态用TL表示的话，则TL＝0代表空载，TL≠0代表有载(有载又分两种情况：TL>0代表加载，TL<0代表去载)。经绝对值模块处理后输出的指示信号为U，TL＝0取绝对值后输出U＝0；TL≠0取绝对值后输出U>0，例如可以设定为此时U＝1。控制开关在接收到U>0的指示信号后接通模糊PID转速控制模块；控制开关在接收到U＝0的的指示信号后接通分数阶PID转速控制模块。
由于在空载状态时，并联式转速控制器的控制重心为转速增加/降落的优化，故此时采用分数阶PID转速控制模块能够具有比普通PID控制更好的优化效果；而在有载状态下，并联式转速控制器的控制重心为转矩脉动的抑制，此时采用模糊PID转速控制模块能够具有比普通PID控制更好的抑制效果。
其中，在有载状态下，当突加负载时，转速增高，此时对转速增高进行优化指的是对转速增高过程中产生的超调量进行抑制，并减小转速的调节时间；当突减负载时，转速降落，此时对转速降落进行优化指的是对转速降落过程中产生的最大动态降落量进行抑制，并减小转速的动态恢复时间。
作为优选地，该并联式转速控制器还包括：
第一限幅模块，第一限幅模块的输入端与控制开关的不动端相连，第一限幅模块的输出端为并联式转速控制器的输出端。
可以理解的是，该模块能够对电路内的电流进行幅度调制，避免电流过大烧坏水泵用九相无刷直流电机，也避免电流幅度过小时导致水泵用九相无刷直流电机的带负载能力弱、启动速度慢。这里的限幅范围可以为[-100V，+100V]，当然，本发明不限定第一限幅模块的幅值限定范围，工作人员可根据实际情况自行决定。
进一步可知，参见图2所示，图2为本发明提供的一种并联式转速控制器中的模糊PID转速控制模块的仿真结构示意图；其中，en—输入、fuzzy—模糊PID参数整定控制器、FKp—模糊PID参数整定控制器的比例参数输出端、FKi—模糊PID参数整定控制器的积分参数输出端、FKd—模糊PID参数整定控制器的微分参数输出端、Product—第一乘法器、Product1—第二乘法器、Product2—第三乘法器、Integrator—积分模块、Derivative—微分模块、Add2—第二加法器、is—输出。
这里的模糊PID转速控制模块包括用于对比例参数、积分参数以及微分参数进行调整的模糊PID参数整定控制器、积分模块、微分模块、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器以及第二加法器，其中：
第一加法器的输出端分别与模糊PID参数整定控制器的输入端、第一乘法器的第二输入端、积分模块的输入端以及微分模块的输入端相连；
积分模块的输出端与第二乘法器的第二输入端相连，微分模块的输出端与第三乘法器的第二输入端相连；
模糊PID参数整定控制器的比例参数输出端与第一乘法器的第一输入端相连，模糊PID参数整定控制器的积分参数输出端与第二乘法器的第一输入端相连，模糊PID参数整定控制器的微分参数输出端与第三乘法器的第一输入端相连；
第一乘法器的输出端、第二乘法器的输出端以及第三乘法器的输出端分别与第二加法器的三个输入端对应相连；第二加法器的输出端为模糊PID转速控制模块的输出端。
可以理解的是，比例参数、积分参数以及微分参数经过模糊PID参数整定控制器调整后输出为FKp、FKi以及FKd，分别对应为调整后的比例参数、积分参数以及微分参数，PID控制关系式如下：
其中，KP是比例参数，是积分参数，KPTd是微分参数，e(t)为模糊PID参数整定控制器的输入信号。且根据上述关系式可知，调整后的比例参数、积分参数以及微分参数，与输入信号微积分后所得的信号分别对应相乘后相加。
参见图3所示，图3为本发明提供的一种并联式转速控制器中的模糊PID参数整定控制器的仿真结构示意图；其中，e—输入、Derivative—微分模块、Gain1—放大系数乘法器、Gain2—微分放大系数乘法器、Saturation—限幅模块、Zero-Order Hold—零点保持器、Fuzzy Logic Controller—模糊逻辑控制器、constant—常量、Gain3—初始比例参数控制模块、Gain4—初始积分参数控制模块、Gain5—初始微分参数控制模块、Gain6—比例参数整定放大模块、Gain7—积分参数整定放大模块、Gain8—微分参数整定放大模块、Add—加法器。
由图3可见，模糊PID参数整定控制器的输入信号在经过Gain6～Gain8的整定后，与初始的比例参数、积分参数以及微分参数对应相加，相当于调整了比例参数、积分参数以及微分参数的大小。其中，限幅模块的限幅范围可以为[-3V，+3V]，当然，本发明对此不作特别限定，本发明也不限定Gain1～Gain8内的量化因子的数值大小，工作人员可根据实际情况自行决定。
另外，参见图4所示，图4为本发明提供的一种并联式转速控制器中的分数阶PID转速控制模块的仿真结构示意图；其中，dn—输入、Gain-All—全局比例放大控制模块、Gain-Kp—比例参数控制模块、Gain-Ki—积分参数控制模块、Gain-Kd—微分参数控制模块、itransfer—分数阶积分滤波器模块、dtransfer—分数阶微分滤波器模块、Add3—第三加法器、Ttransfer Fcn3—积分逼近模块、Ttransfer Fcn—积分惯性模块、Ttransfer Fcn4—微分逼近模块、TtransferFcn2—微分惯性模块。
分数阶PID转速控制模块包括比例参数控制模块、积分参数控制模块、微分参数控制模块、用于获得接近给定积分阶次的实际积分阶次，并根据实际积分阶次对输入信号进行变化步调调整的分数阶积分滤波器模块、用于获得接近给定微分阶次的实际微分阶次，并根据实际微分阶次对输入信号进行进行振荡调整的分数阶微分滤波器模块以及第三加法器；
第一加法器的输出端分别与比例参数控制模块的输入端、积分参数控制模块的输入端以及微分参数控制模块的输入端相连；
积分参数控制模块的输出端与分数阶积分滤波器模块的输入端相连；微分参数控制模块的输出端与分数阶微分滤波器模块的输入端相连；
比例参数控制模块的输出端、分数阶积分滤波器模块的输出端以及分数阶微分滤波器模块的输出端分别与第三加法器的三个输入端对应相连，第三加法器的输出端为分数阶PID转速控制模块的输出端。
进一步可知，分数阶积分滤波器模块包括用于使实际积分阶次逼近给定积分阶次，并按照实际积分阶次对输入信号进行变化步调调整的积分逼近模块以及用于对积分逼近模块的输出信号进行微调的积分惯性模块；
积分逼近模块的输入端为分数阶积分滤波器模块的输入端，积分逼近模块的输出端与积分惯性模块的输入端相连，积分惯性模块的输出端为分数阶积分滤波器模块的输出端；
分数阶微分滤波器模块包括用于使实际微分阶次逼近给定微分阶次，并按照实际微分阶次对输入信号进行振荡调整的微分逼近模块以及用于对微分逼近模块的输出信号进行微调的微分惯性模块；
微分逼近模块的输入端为分数阶微分滤波器模块的输入端，微分逼近模块的输出端与微分惯性模块的输入端相连，微分惯性模块的输出端为分数阶微分滤波器模块的输出端。
其中，分数阶积分滤波器模块以及分数阶微分滤波器模块的滤波器阶次可以设置为7阶，当然，本发明对此不作限定，工作人员可根据实际情况设置以上两个模块的滤波器阶次。
作为优选地，分数阶PID转速控制模块还包括：
用于对分数阶PID转速控制模块进行整体微调的全局比例放大控制模块，全局比例放大控制模块的输入端与第一加法器的输出端相连，全局比例放大控制模块的输出端分别与比例参数控制模块的输入端、积分参数控制模块的输入端以及微分参数控制模块的输入端相连。
其中，比例参数控制模块、积分参数控制模块、微分参数控制模块以及全局比例放大控制模块均为乘法器。
可以理解的是，乘法器的作用是使控制量与乘法器内预设的量化因子相乘，从而达到调制并联式转速控制器的输出控制量的目的。全局比例放大控制模块内设置的量化因子的数值可以为1，即此时不对并联式转速控制器进行整体微调，若该种情况下，并联式转速控制器的控制效果没有达到预期效果的话，则可以根据实际情况适当调整全局比例放大控制模块内的量化因子的数值，当然，本发明对该量化因子的数值大小不做具体限定。
可以理解的是，通过全局比例放大控制模块对并联式转速控制器的输出进行整体微调，可以进一步提高并联式转速控制器的控制精度，同时，在当受到外界影响时，可以通过适当调整全局比例放大控制模块内的量化因子来尽可能避免输出结果受到干扰。
另外，比例参数控制模块内预设的量化因子为比例参数，比例参数可以设置为0.14，积分参数控制模块内预设的量化因子为积分参数，积分参数可以是设置为0.00185，微分参数控制模块内预设的量化因子为微分参数，微分参数可以设置为0。当然，比例参数、积分参数以及微分参数的具体数值由实验计算得出，本发明对此不作限定。
其中，这里的给定积分阶次的范围为-0.9～-1。例如，可以设置给定积分阶次为-0.985，此时，分数阶积分滤波器会使实际积分阶次逼近-0.985。
可以理解的是，通过实验可以得出给定积分阶次的有效范围为-0.66～-1.1，只有在该范围内才能保证并联式转速控制器的正常控制；进一步的，为了保证该并联式转速控制器的控制精度高，需要使给定积分阶次在-0.9～-1的范围内。其中，给定积分阶次可以根据实际情况选择上述范围内的任意数值，本发明对此不作限定。另外，工作人员可根据试验得出给定积分阶次的范围，本发明对此也不作限定。
另外，这里的给定微分阶次可以设置为0.985，给定微分阶次的大小取给定积分阶次的大小的绝对值。当然，工作人员可根据实验情况得到合适的给定微分阶次的范围，并从该范围内选定合适的给定微分阶次，本发明对此不作限定。
本发明提供了一种水泵用九相无刷直流电机的并联式转速控制器，包括模糊PID转速控制模块、分数阶PID转速控制模块以及选择开关，选择开关由绝对值模块生成的指示信号进行控制，而指示信号根据水泵用九相无刷直流电机的负载状态生成。根据实验结果可知，模糊PID转速控制模块对于转矩脉动具有较好的抑制效果(比普通PID控制以及分数阶PID转速控制的抑制效果好)，分数阶PID转速控制模块对于转速增高/降落具有较好的优化效果(比普通PID控制以及模糊PID转速控制的优化效果好)；故当水泵用九相无刷直流电机有载时，由于此时需要并联式转速控制器具有较好的转矩脉动抑制效果，而对转速优化的要求较低，故该种情况下采用将模糊PID转速控制模块接入；当水泵用九相无刷直流电机空载时，由于此时需要并联式转速控制器具有较好的转速优化效果，而对转矩脉动的抑制要求较低，故该种情况下采用将分数阶PID转速控制模块接入。由此可见，本发明根据负载需要来选择合适的控制方式来进行转速控制，提高了对转矩脉动抑制效果以及转速增高/降落的优化效果。
本发明还提供了一种水泵用九相无刷直流电机调速系统，包括上述并联式转速控制器。参见图5所示，图5为本发明提供的一种水泵用九相无刷直流电机调速系统的仿真结构示意图，其中：
speed-pi，speed-pi1，speed-pi2—并联式转速控制器、Reference Current，Reference Current1，Reference Current2—参考电流模块、Current Controller，Current Controller1，Current Controller2—电流滞环控制模块、IGBT inverter，IGBT inverter1，IGBT inverter2—逆变器模块、dianjizhuti—电机主体模块。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种水泵用九相无刷直流电机的并联式转速控制器，其特征在于，包括第一加法器、模糊PID转速控制模块、分数阶PID转速控制模块、用于根据所述水泵用九相无刷直流电机的负载状态生成不同的指示信号的绝对值模块以及选择开关；其中：
所述第一加法器的正输入端为所述并联式转速控制器的给定转速输入端，所述第一加法器的负输入端为所述并联式转速控制器的实测转速输入端；所述第一加法器的输出端分别与所述模糊PID转速控制模块的输入端以及所述分数阶PID转速控制模块的输入端相连；
所述模糊PID转速控制模块的输出端与所述选择开关的第一动端相连，所述分数阶PID转速控制模块的输出端与所述选择开关的第二动端相连；
所述绝对值模块的输入端与所述水泵用九相无刷直流电机的负载模块相连，所述绝对值模块的输出端与所述选择开关的控制端相连；
所述选择开关的不动端为所述并联式转速控制器的输出端；所述选择开关用于在所述指示信号表示所述负载状态为有载时，控制所述模糊PID转速控制模块的输出端作为所述并联式转速控制器的输出端，在所述指示信号表示所述负载状态为空载时，控制所述分数阶PID转速控制模块的输出端作为所述并联式转速控制器的输出端。
2.根据权利要求1所述的并联式转速控制器，其特征在于，还包括：
第一限幅模块，所述第一限幅模块的输入端与所述控制开关的不动端相连，所述第一限幅模块的输出端为所述并联式转速控制器的输出端。
3.根据权利要求2所述的并联式转速控制器，其特征在于，所述模糊PID转速控制模块包括用于对比例参数、积分参数以及微分参数进行调整的模糊PID参数整定控制器、积分模块、微分模块、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器以及第二加法器，其中：
所述第一加法器的输出端分别与所述模糊PID参数整定控制器的输入端、所述第一乘法器的第二输入端、所述积分模块的输入端以及所述微分模块的输入端相连；
所述积分模块的输出端与所述第二乘法器的第二输入端相连，所述微分模块的输出端与所述第三乘法器的第二输入端相连；
所述模糊PID参数整定控制器的比例参数输出端与所述第一乘法器的第一输入端相连，所述模糊PID参数整定控制器的积分参数输出端与所述第二乘法器的第一输入端相连，所述模糊PID参数整定控制器的微分参数输出端与所述第三乘法器的第一输入端相连；
所述第一乘法器的输出端、所述第二乘法器的输出端以及所述第三乘法器的输出端分别与所述第二加法器的三个输入端对应相连；所述第二加法器的输出端为所述模糊PID转速控制模块的输出端。
4.根据权利要求3所述的并联式转速控制器，其特征在于，所述分数阶PID转速控制模块包括比例参数控制模块、积分参数控制模块、微分参数控制模块、用于获得接近给定积分阶次的实际积分阶次，并根据所述实际积分阶次对输入信号进行变化步调调整的分数阶积分滤波器模块、用于获得接近给定微分阶次的实际微分阶次，并根据所述实际微分阶次对输入信号进行进行振荡调整的分数阶微分滤波器模块以及第三加法器；
所述第一加法器的输出端分别与所述比例参数控制模块的输入端、所述积分参数控制模块的输入端以及所述微分参数控制模块的输入端相连；
所述积分参数控制模块的输出端与所述分数阶积分滤波器模块的输入端相连；所述微分参数控制模块的输出端与所述分数阶微分滤波器模块的输入端相连；
所述比例参数控制模块的输出端、所述分数阶积分滤波器模块的输出端以及所述分数阶微分滤波器模块的输出端分别与所述第三加法器的三个输入端对应相连，所述第三加法器的输出端为所述分数阶PID转速控制模块的输出端。
5.根据权利要求4所述的并联式转速控制器，其特征在于，所述分数阶积分滤波器模块包括用于使所述实际积分阶次逼近所述给定积分阶次，并按照所述实际积分阶次对输入信号进行变化步调调整的积分逼近模块以及用于对所述积分逼近模块的输出信号进行微调的积分惯性模块；
所述积分逼近模块的输入端为所述分数阶积分滤波器模块的输入端，所述积分逼近模块的输出端与所述积分惯性模块的输入端相连，所述积分惯性模块的输出端为所述分数阶积分滤波器模块的输出端；
所述分数阶微分滤波器模块包括用于使所述实际微分阶次逼近所述给定微分阶次，并按照所述实际微分阶次对输入信号进行振荡调整的微分逼近模块以及用于对所述微分逼近模块的输出信号进行微调的微分惯性模块；
所述微分逼近模块的输入端为所述分数阶微分滤波器模块的输入端，所述微分逼近模块的输出端与所述微分惯性模块的输入端相连，所述微分惯性模块的输出端为所述分数阶微分滤波器模块的输出端。
6.根据权利要求5所述的并联式转速控制器，其特征在于，所述分数阶PID转速控制模块还包括：
用于对所述分数阶PID转速控制模块进行整体微调的全局比例放大控制模块，所述全局比例放大控制模块的输入端与所述第一加法器的输出端相连，所述全局比例放大控制模块的输出端分别与所述比例参数控制模块的输入端、所述积分参数控制模块的输入端以及所述微分参数控制模块的输入端相连。
7.根据权利要求6所述的并联式转速控制器，其特征在于，所述比例参数控制模块、所述积分参数控制模块、所述微分参数控制模块以及所述全局比例放大控制模块均为乘法器。
8.一种水泵用九相无刷直流电机调速系统，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的并联式转速控制器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610414479.2A CN105867111B (zh) | 2016-06-13 | 2016-06-13 | 水泵用九相无刷直流电机调速系统及其并联式转速控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610414479.2A CN105867111B (zh) | 2016-06-13 | 2016-06-13 | 水泵用九相无刷直流电机调速系统及其并联式转速控制器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105867111A true CN105867111A (zh) | 2016-08-17 |
| CN105867111B CN105867111B (zh) | 2018-04-24 |
Family
ID=56649573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610414479.2A Active CN105867111B (zh) | 2016-06-13 | 2016-06-13 | 水泵用九相无刷直流电机调速系统及其并联式转速控制器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105867111B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106527121A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-03-22 | 上海华林工业气体有限公司 | 一种带有限幅器的pid控制装置及方法 |
| CN108089433A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-29 | 陕西科技大学 | 一种用于直流电机的独立数字分数阶pid控制器及控制方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08101716A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Nabco Ltd | 回転速度制御装置 |
| CN102122916A (zh) * | 2011-04-18 | 2011-07-13 | 苏州秉立电动汽车科技有限公司 | 基于永磁同步电机矢量控制系统的复合控制方法 |
-
2016
- 2016-06-13 CN CN201610414479.2A patent/CN105867111B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08101716A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Nabco Ltd | 回転速度制御装置 |
| CN102122916A (zh) * | 2011-04-18 | 2011-07-13 | 苏州秉立电动汽车科技有限公司 | 基于永磁同步电机矢量控制系统的复合控制方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 罗佑新: "新型分数阶PID控制器及其仿真研究", 《哈尔滨工业大学学报》 * |
| 蒋海波等: "无刷直流电机模糊控制系统的建模与仿真", 《西安交通大学学报》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106527121A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-03-22 | 上海华林工业气体有限公司 | 一种带有限幅器的pid控制装置及方法 |
| CN108089433A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-29 | 陕西科技大学 | 一种用于直流电机的独立数字分数阶pid控制器及控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105867111B (zh) | 2018-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Khubalkar et al. | Design and realization of stand-alone digital fractional order PID controller for Buck converter fed DC motor | |
| US4179665A (en) | Switched capacitor elliptic filter | |
| CN105406829B (zh) | 一种增益连续可调的可变增益放大器 | |
| CN107104593A (zh) | Pwm数字电源的共用积分项pid双闭环控制器 | |
| CN105897072B (zh) | 一种九相无刷直流电机、调速系统及分数阶转速控制器 | |
| CN103532412A (zh) | 一种功率变换器的反馈控制电路及功率变换器系统 | |
| CN105867111A (zh) | 水泵用九相无刷直流电机调速系统及其并联式转速控制器 | |
| Singh et al. | Optimized fractional low and highpass filters of (1+ α) order on FPAA | |
| Khaldi et al. | Fractional-order control of three level boost DC/DC converter used in hybrid energy storage system for electric vehicles | |
| Noshadi et al. | PID-type fuzzy logic controller for active magnetic bearing system | |
| CN105553255A (zh) | 一种用于开关电容变换器的恒定开通时间变频控制方法 | |
| CN105184028B (zh) | 一种单相全桥工频逆变器滤波器设计方法 | |
| CN112630525B (zh) | 一种功率测量方法、装置、pcb电路结构及存储介质 | |
| CN105958873A (zh) | 水泵用九相无刷直流电机调速系统及其串联式转速控制器 | |
| CN104965555A (zh) | 电压调节装置及电压生成系统 | |
| CN203675058U (zh) | 一种频率补偿差分输入放大电路 | |
| CN203014760U (zh) | 有源滤波器 | |
| Hanane et al. | IMC based fractional order control design for automatic voltage regulator system | |
| CN205584053U (zh) | 一种水泵用六相无刷直流电机及其分数阶pi转速控制器 | |
| Ousaadi et al. | Robustness Enhancement of Fractionalized Order Proportional Integral Controller for Speed Control of Indirect Field-Oriented Control Induction Motor. | |
| RU2290746C1 (ru) | Способ управления электромагнитными подшипниками и устройство для его осуществления | |
| CN112701672B (zh) | 一种有源电力滤波器直流侧电压的控制方法及控制系统 | |
| JPS63204159A (ja) | 周波数／電圧変換装置 | |
| CN205427646U (zh) | 一种水泵用六相无刷直流电机及其模糊/pi转速控制器 | |
| Vrančić et al. | Improving PID controller disturbance rejection by means of magnitude optimum |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211230 Address after: 610051 No. 915, floor 9, unit 1, building 1, No. 19, Vanke Road, Chenghua District, Chengdu, Sichuan Patentee after: Kunpeng Vientiane (Chengdu) Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: 610039, No. 999, Jin Zhou road, Jinniu District, Sichuan, Chengdu Patentee before: XIHUA University |