基于DSP的无刷直流电动机控制系统研究6351(4)

Ｓｔｅｐｌ初始化：初始搜索点的位置＃及其速度ｐ通常在允许的范围内随机产生，每个粒子的ｐｂｅｓｔｉ坐标设置为其当前位置，计算出其相应的个体极值（即个体极值点的适应度值），而全局极值（即全局极值点的适应度值）就是个体极值中最好的，记录该最好值的粒子序号，并将ｇｂｅｓｔ设置为该粒子的当前位置。

Ｓｔｅｐ２评价每一个粒子：通过计算粒子的适应度值，如果好于该粒子当前的个体

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极值，则将ｐｂｅｓｔ，更新为该粒子的位置，且更新个体极值。如果所有粒子的个体极值中最好的好于当前的全局极值，则将ｇｂｅｓｔ更新为该粒子的位置，记录该粒子的序号，且更新全局极值。

Ｓｔｅｐ３粒子的更新：用式（２．１）和式（２．２）对每一个粒子的速度和位置进行更新。

Ｓｔｅｐ４检验是否符合结束条件：如果当前的迭代次数达到了预先设定的最大次数，或达到适应度最小的条件，则迭代停止，输出最优解，否则转到Ｓｔｅｐ２。

ＰＳＯ算法和其他进化算法类似，能用于求解大多数优化问题。如多元函数的优化问题，包括带约束的优化问题。经过大量的实验研究发现，ＰＳＯ算法在解决一些典型优化问题时，能够取得比遗传算法更好的优化结果。ＰＳＯ还在动态问题和多目标优化问题中得到应用，ＰＳＯ算法也被成功地应用于电力系统领域【３４。３６】。

２．４本章小结

本章介绍了本论文中涉及的模糊控制原理及模糊控制器设计方法以及粒子群算法。这些理论方法、设计思路和控制思想为研究无刷直流电动机速度控制奠定了基础。

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第三章无刷直流电动机工作原理及数学模型３．１无刷直流电动机结构和基本工作原理

３．１．１无刷直流电动机结构

无刷直流电动机的结构如图３．１所示。它主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成【３７】。

图３。１无刷直流电动机结构图

１．电动机本体

无刷直流电动机电机本体由定子和转子两部分组成，定子绕组一般为三相且多采用整距集中式绕组；转子则由永磁钢按一定的极对数组成，转子磁钢的形状呈弧形，磁极下定转子气隙均匀，气隙磁通密度呈梯形分布。本系统所用的电机为三相八对极稀土永磁无刷直流电动机。采用稀土永磁材料做磁钢具有很高的剩磁和很大的矫顽力，此外，稀土永磁材料的磁导率与空气磁导率相仿，对径向结构的电动机交轴和直轴磁路的磁阻均较大，可以最大限度减小电枢反应。通常在额定负载内，气隙磁场密度和电枢电流无关，转矩和电流呈线性关系。无刷直流电动机的转子结构除了有传统的内转子结构，又有近年来出现的盘式结构、外转子结构和线性结构等新型结构形式。伴随着新型永磁材料钕铁硼的实用化，电机转子结构越来越多样化，使无刷直流电机正朝着高力矩、高精度、微型化和耐环境等多用途方向发展。

２．电子开关

电子开关是由功率开关和位置信号处理电路构成，主要用来控制定子各绕组通电的顺序和时间。无刷直流电动机本质上是自控同步电动机，电机转子跟随定子旋转磁场运动，因此，应按一定的顺序给定子各相绕组轮流通电，使之产生旋转的定子磁场。

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无刷直流电动机的三相绕组中通过的电流是１２００电角度（三相桥式中常见的一种功率开关通电方式，任何时刻只有两相绕组通电）的方波，绕组在持续通过恒定电流的时间内产生的定子磁场在空间是静止不动的。在开关换相期间，随着电流从一相转移到另一相，定子磁场随之跳跃了一个电角度，而转子磁势则随着转予连续旋转。这两个磁势的瞬时速度不同，但是平均速度相等，因此能保持同步。无刷直流电动机由于采用了自控式逆变器即电子换相器，电机输入电流的频率和电机转速始终保持同步，电机和逆变器不会产生震荡和失步，这也是无刷直流电机的优点之一。

３．位置传感器

位置传感器在无刷直流电动机中起着检测转子磁极位置的作用，为功率开关电路提供Ｊ下确的换相信息，即将转子磁极的位置信号转换成电信号，经位置信号处理电路处理后控制定子绕组换相。由于功率开关的导通顺序与转子转角同步，因而位置传感器与功率开关一起，起着与传统有刷直流电机的机械换向器和电刷相类似的作用。位置传感器的种类比较多，可分为直接式和间接式，直接式位置传感器，由于其检测精度和可靠性高而被广泛采用。典型的直接式位置传感器有下列几种：

（１）光电式

由发光二极管和光敏晶体管等光电元件组成的电路，利用有槽口的旋转圆盘的位置进行通断变化。这种方法检测分辨率高，适用于高速运转的电动机。

（２）电磁式

由跟随着电动机转子转动的带缺目的导磁圆盘和固定不动的三只差动变压器组成。转动圆盘体现转子位置信号，差动变压器作为检测元件检测转子位置信号并向逆变器的控制电路输出控制信号。这种方法结构简单、检测可靠。

（３）磁敏式

常见的磁敏式传感器有霍尔元件、霍尔集成电路、磁敏电阻器及磁敏二极管等多种。其主要工作原理是电流的磁效应，包括霍尔效应和磁阻效应。其转子是永磁结构，极数与同步电动机的一样，而定子用霍尔元件等磁敏元件来感受转子磁极位置，发出相应信号。这种方法信号较弱，且精度易受温度影响，但体积较小，多用于中小型电动机。本系统的电机传感器用的就是霍尔传感器。

（４）接近开关式

利用磁性旋转圆盘的远近来改变固定部分的电感，并利用振荡条件的变化建立通断信号。这种方式结构简单，输出电平高，适用于大中型电动机。

综上所述，无刷直流电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、永磁式同步电机以及位嚣传感器三者组成的电动机系统，组成无刷直流电动机各个主要部件框图如图３．２所示。

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图３．２无刷直流电动机主要部件框图

３．１．２无刷直流电动机基本工作原理

一般的永磁式无刷直流电动机的定子由永久磁钢组成，其主要的作用是在电动机气隙中产生磁场【３８１。其电枢绕组通电后产生电枢反应磁场。由于电刷的换向作用，使得这两个磁场的方向在直流电动机运行的过程中始终保持相互垂直，从而产生最大转矩驱动电动机不停的运转。无刷直流电动机为了实现无电刷换向，首先要求把一般直流电动机的电枢绕组放在定子上，把永磁磁钢放在转子上，这与传统直流永磁电动机的结构刚好相反。但仅这样做还是不行的，因为用一般直流电源给定子上各绕组供电，只能产生固定磁场，它不能与运动中转子磁钢所产生的永磁磁场相互作用，以产生单一方向的转矩来驱动转子转动。所以，无刷直流电动机除了由定子和转子组成电动机的本体以外，还要有由位置传感器、控制电路以及功率逻辑开关共同构成的换相装置，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磁钢产生的永磁磁场，在空间始终保持在１８０。左右的电角度。

无刷直流电机按控制电路分有桥式和非桥式两种；按电机绕组结构分有星形连接和三角形接两种方式。在桥式控制电路中，半桥式电路的特点是控制简单，由三个功率开关管构成，每个功率开关元件控制一相绕组的通断，但是在这种控制方式下，每个绕组只能通电１／３周期的时间，另外２／３个周期的时间处于断开状态，绕组没有得到充分的利用，而且在运行过程中转矩的波动也较大。三相星形全控 …… 此处隐藏：1345字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……