题目：基于预测函数控制的无刷直流电机转速控制摘要与传统电机相比，无刷直流电机性能更加稳定，结构也相对简单。无刷直流电机可以结合多
个变量进行链接，也正因它有这些优点，在近年来工业及航空领域对无刷直流电机的使用变得越来越广泛。本文基于预测函数控制策略设计了无刷直
流电机。本文重点剖析了无刷电机的内部结构和运行策略，确定了无刷电机的微分方程和传递函数。无刷直流电机系统主要采用双闭环控制系统，内
环为电流环，外环为速度环。电流回路采用比例积分控制器，转速回路采用预测控制和仿真控制算法，仿真结果表明预测函数控制的无刷直流电机具
有更好的抗干扰性，增强了无刷直流电机的转速控制，整体控制功能优于常规的PID控制系统。通过理论与仿真的比较，得出结论来证明预测函数
理论的可行性。关键词:无刷直流电机；预测函数；DSP；转速控制第一章绪论1.1研究目的及意义从20世纪末期开始，科研人
员便对无刷直流电机的转矩脉动、速度调节以及无位置传感器等方面作出了较为深刻的讨论和研究。作为目前电动机行列的佼佼者，它在被航空领域
以及国防建设领域广泛应用的同时，国内学者关于无刷直流电机的研究也越来越多[1]。特别是近几年，无刷直流电机被广泛应用于商务办公以及
工业自动化等相关领域。无刷电机的驱动也随着电子开关以及低成本微处理器的研发逐渐将控制算法应用到了无刷电机之上，进而实现了低成本高效
率的性能。位置传感器是无刷直流电机获取位置信息的主要方法，通过控制逆变器对电枢电流进行变动，同步于反电动势。尽管如此，位置传感器应
用会受到环境和温度等限制，如果是高温高压的情况下，那么它的可靠性就值得思考[3]。除此之外，位置传感器会使电机的体积变大，成本也会
有所增加。最重要的是在不同的环境中，特别是温度较高的情况下，他传出的信号会被引入干扰，造成不必要的麻烦。当今时代对无刷直流电机的控
制器进行系统的研究，选取先进的控制策略已然成为目前国内外学者的重点研究方向，特别是国外发达国家不仅关于无刷直流电机的研究比较广泛，
关于无刷直流电机的应用也十分全面，特别是在一些进口设备当中，他们采用的都是无刷直流电机。目前随着工业的不断发展，对电机的需求越来越
大的同时，对其性能的要求也变得更更高，所以研究无刷直流电机具有一定的研究意义。1.2文献综述无刷直流电机发展的历史要追溯到20世
纪初期，是在1917年由Boliger提出的，虽然当时采用的还是有刷直流电机，但是Boliger提出用整流管进行电刷的代替，由此奠
定了水磁无刷电机研究基础。到了30年代，相关学者及科研人员开始研究出以电子换相的形式对以往的机械换向进行替换。但是因为受当时的条件
限制，电子器件的开发还比较早，不能够推广，所以只停留在了研究阶段。直到1955年。品体管换向的出现代替了以往的机械换向，并通过后期
的不断研究和完善在1962年无刷直流电机问世。又经过了十几年的努力科学家们研制出了Mac经典永磁无刷直流电机和相关驱动系统，至此以
后，无刷直流电机才真正的被推广[6]。我国相关学者及科研人员对无刷直流电机的相关讨论和研究是在20世纪80年代后期出现的。这要归功
于永磁自同步伺服系统和驱动器繁的出现，当时，北京在1978年举办了金属加工设备展览活动，SIEMENS和BOSCH公司将伺服系统带
到中国，引起了我国科研人员的关注，自此以后开始了相关研究，并取得了一定的成果，诸如西安微电机研究所的SSZW-1、70ZW-1产品
等等，本文关于无刷直流电机的相关研究主要是通过预测函数来研究其转速的控制。在对无刷电机的内部结构进行简单介绍的同时，分析了电动机的
运行原理以及数学模型，在此基础上对预测控制器进行了相关设计。并通过仿真结果表明，通过预测函数进行控制会使其性能更好，抗干扰性更强，
对转速控制的特性也有所增强。整个系统简单可靠，操作灵活，性能价格比高，较好的满足了现代生产和科研的需要[8]。1.3主要研究内容
本文主要基于预测函数对于无刷直流电机的转速控制进行相关研究。主要通过对国内外相关直流电机的文献点击进行整理与归纳之后，对各种控制算
法进行优缺点对比，发现无刷直流电机在今后可能会成为主流应用[9]。在未来，预测函数控制在电动机领域肯定会有更加广泛的运用。在本文的
相关研究，共有六个部分：第一部分：为绪论，主要对本文的研究目的、研究意义、无刷直流电机系统设计的研究现状及本文的研究内容等进行相关
分析。第二部分：无刷电机的内部结构及工作原理，这里在对电机内部结构进行介绍的基础上，分析了分析了三相星形连接方式的工作原理，以及无
数电机的数学模型。第三部分：为电动机预测控制器的设计，对控制理论预测函数和算法进行介绍，包括基本函数的选择，参照轨道、预测模型、误
差补偿以及滚动优化等内容。并对无刷电机系统的PI电流环路以及速度控制功能等进行了相关设计。第四部分：为无刷直流电机系统软件的设计。
主要对开发环境、主流程以及中断原理进行介绍。第五部分：为无刷直流电机的仿真与结果分析。这一部分包括了无刷直流电机控制系统的仿真、预
测函数控制的仿真和相关结果分析。第六部分：为结论。对文章的设计结果进行概述。第二章无刷电机的内部结构及相关工作理论2.1无刷电
机的内部结构无刷直流电机是以电子回路换向区别于传统直流电机的一种可变的同步电机，又因滚子和永磁体在定子和转子上的结构规避了设备的损
耗。它以红外位置传感器代替以往传统电机的机械碳刷换向，具有调速性能良好、构造简单以及稳定性高等特征。无刷直流电机结构图见图1，它的
转子由永久性磁铁制造，定子绕组构成，配以霍尔位置传感器，虽然无刷直流电机与传统直流电机相比在定子和转子的结构以及绕组接线方式上有很
多的相似之处，但最大差别是缺少了碳刷和变更转向设备。图1无刷直流电机结构图2.2三相星形连接方式下的电机运行原理2.2.1
三相半控方式三相无刷电机的原理图见图2所示。设备光电器件至V1，V2，V3晶体管的转子位置传感器，采用的是三相半控的方式进行的。其
中，光电传感器在图2中的P1，P2，P3的位置以各自相差相差120度的方式安装在转子之上。最后，以旋转防反射罩来对永磁体叶轮的安装
位置记性标的。图2无刷直流电机工作原理图定子磁场旋转情况见图3所示。其原理是元件P1被照射后打开晶体管V1，并在进行转动后，电
流从A传输至X后会生成直向磁场。当转子转动，传输的电流在该点会生成相应的磁场。磁场在往复运动中会按下图a标注的位置进行转动，当到b
时，进行涡轮机的调谐，这时，V1关闭，P2、V2开启，Y中的流动会带来转子的顺时针转动。转到位置c时，快门V2、P2关闭，P3晶体
管开启，绕组电流将从C到Z，推动转子顺时针转动至a的位置[13]。图3定子磁场旋转图从图3中，P1，P2，P3为位置传感器，V
1，V2，V3为功率晶体管，在起操作之下定子线圈电机的转动是开启的，达到了连续相位变化的目的。120度的波宽使电流的作用实现最大化
，产生最大转矩磁场。由于在结束时定子各相产生不均匀磁场，进行随机变动，转子每转动一次会存在一个对应120度的磁态。在速度降低时，如
图中Fa、Fb、Fc所示，转矩会有一定的变化，需要进行磁状态数的调整，因此，要采用完整的三相电路结构进行控制。2.2.2三相全控
方式在上一节，我们提到与三相全控相比，三相半控会由于转矩的变化产生波动，进而会在一定程度上影响绕组利用率，所以在一般情况下我们都采
用三相全控的方式，对无刷直流电机进行连接。图4Y联接三相全控式电路图三相Y联接的结构电路图见图4所示，Y联指的是以三又相交方
式进行连接，因为图形看起来像Y，所以叫Y联接。星型接法可以说是A，B，C代表三路电源，中性线也就是零线为N，相线与用电器相连，零线
链接的是用电器的中点从而形成了Y型连接。控制模型以功率器件和相关设备为基础，有两两模式，两三导通模式两种。两两模式定子磁场旋转图见
图5所示，在没经过一段期间后，产生两路MOSFET电流，分别接通两个120度的电源，位置传感器60度的耗时由转子的位置信号决定。M
OSFET接通的电源按照T2、TlT3''、T2T3''、T2T、T3T1’、T3T2''依次循环道通功率管如下图a。电流通过T1，产生
磁场，造成B相电磁线圈与AB路共同电枢和Fr相互作用，致使转子旋转，最后回到电源，这个状态将会在带点角度旋转60度开始后，继续往复
操作，见下图b。转动转子，静子电流合成的磁场形成跳跃磁场，从B相至C相的输入电流，每转60度角就会发生，逆变桥仅切换一次，定子磁铁
状态发生改变。电动机的各个磁状态相同，定子线圈有两个相导体，与转子对应旋转，需要的时间一样，以120度通过相应电流，进行周期性平稳
变动。图5定子磁场旋转图这时会有两种状态产生，各个状态由电源开路，是由当前的电磁周期产生的，会造成另一方向电网线圈与相应转矩进
行链接。减少转矩的方向时，会造成磁矩以60度的电力转矩转动，往复六圈。所以，与半桥相比，全桥驱动更加稳定。⑵三三导通当逆变器有三个
功率管时，导电率同步与两两模式转换并对比，把60度替换180度，顺序为T3T1''72''、T2T1''T3''、T2731’、TlT2''
T3''、TlT3T2’、TIT2T3''以此往复进行。当电流在线圈C输入管道，T3相通过A相和B相，在电流流过时一半线圈以60°的电
角度通过，来提升功效。2.3无刷电机的数学模型2.3.1建模本文将分别对两相和三相模式的描述建立出两种模式无刷直流电机建模方程
，电机的定子和转子相对运动，永磁体和静子的影响与电机结合牢固的内部电磁连接构成了直流电机的基本特征，通过这些因素建立一个精确的电机
数学模型。为了解决简单的无刷直流定子终端电机数学模型的问题，使用三个霍尔元件的星形转轴线圈转子柱的结构。基于这个框架，有助于分析下
面的假设。⑴忽略磁场的饱和度，不包括涡旋和磁带损。⑵不管外部的响应是什么，磁场分布是长方形的，间隙间隔是120度。⑶电机静子的三个
制动机构是完全相等的，相差120度。⑷忽略导体腐蚀对壳体表面的影响。⑸电路中的功率管和续流二极管都具有理想的开关特性。⑹转子线圈为
永磁无阻尼线圈。在上述假设下，直流无刷电机相电压在每一段时间产生低电压电阻和线圈效率相同，所以标准三段间隔的电压方程如下：(2-
1)式(1)中，ea、eb、ec是每个定子相的后电动势，iA、iB、iC为各相定子的相电流，UAN、UBN、UCN为各相定子的相电
压，RAB、RBX、RCX为各相定子相电阻，MA、MB、MC为定子各相绕组自感，MAB、MAC、MBA、MBC、MCA、MCB为定
子间各相绕组之间的互感。由于无刷电机的动子是永磁材料，所以假想电机的三相绕组线圈对称，不计频率影响。(2-2)(2-
3)(2-4)则式(2-1)可以改写为(2-5)由于三相电流满足，，代入(2-5)，整理可得：(2-6)像其他电机
一样，直流电机的功率和转矩可以从能量的角度来分析。电机运行时，主电源吸收电能，部分电气元件有较小的损耗，电能通过磁场气隙传递到转子
上，即组成与三相线圈相同的电磁元件。跳过EMF和每个阶段的产品总和，即(2-7)除了转子的机械损失和其他损失之外，所有
的电能都被转换成转子的动能，所以式(2-8)中，Te为为电磁转矩Ω为角频率。(2-8)由(2-6)、(2-7)和(2-8)
得(2-9)除利用扭矩方程以及以上的完整数学形式的电机模型，还需要引入机械运动方程。(2-10)式(2-10)中，J为电机
转子的转动惯量(kg·m2)，Tl为负载转矩(N·m)，Bv为黏滞摩擦系数(N·m·s)。式(2-9)、(2-10)能够充分表示电
机的数学构架。2.3.2传递函数传递函数是自动化管理中最重要的数学类型。无刷传输过程的数学模型被广泛应用于运动检测。与传统的直
流有刷电机不同，直流有刷电机在转相后需要对其相应的位置导通。对于每个导通点而言，无刷电机的的导通原理都与标准直流有刷电机类似。下面
分析A，B两级式直流电机和电机模型。由上节式(2-5)可知(2-11)忽略变化过程的均方根值的影响被认为近似于两个线圈A和B的电
流相等且方向相反。不管临时步骤和大小相同，相反的信号。因此式(2-11)可以改写成(2-12)式(2-12)中Ud电枢电压，
为弯曲线绕组电阻，为等效弯曲电感器，Ce为反电势系数。在上节式(2-10)中的后部EMF回程系数可以写成(2-13)对于电机系统
在额定励磁条件下(2-14)式(2-14)中Cm为静电荷常数。结合式(2-14)和式(2-14)在考虑制动电流空载情况(2-1
5)把(2-15)代入(2-12)中得(2-16)对式(2-16)进行拉式变换推出下列公式(2-17)推算出电机的数学模型为
(2-18)由文献[16]电磁式T1和Tm时间常数相等：(2-19)(2-20)因此式(2-18)可以写成(2-21
)根据式(2-21)我们可以看到，无刷直流电机数据传输的第二形式的传递函数，无电刷电动机的系统结构见图6。图6无刷直流电机系
统结构图第三章电动机预测控制器的设计3.1控制理论预测函数和算法3.1.1选择基本函数一般的，控制预测函数作为研究重点，是输
入的重点，这会对整个系统的效率产生一定的影响。系统有效性控制功能的预测是已被预先确定的PID的功能，功能可以是斜坡的，指数的，正弦
，余弦等为函数基础的功能。可选预先离线计算形式。由于结构化的控制输入，使得新增加的控制操作可以表示为数字的已知基本功能的线性组合，
即：i=0，…，H=1(3-1)式中：-----现在控制的数量-----加权系数的线性组合-----时刻的基函数值，为
采样周期-----基函数个数-----预测优化时域长度当，为当前实际施加的控制输入时，表示基函数中至少有一个函数满足，以保证控制输
入不为0。基本函数的选择取决于对象的控制性质和路径投影，当控制点的变化小于或等于阈值时，可以使用基本函数的控制输入。当预设值在控制
范围内超过指定的阈值时，控制输入可以使用两个基本控制方式，即阶跃和斜坡。对于一般的控制系统，使用两个基本控制方式，以满足精度控制的
要求。该控制方式下控制对象的输出可离线计算，系统输出经加权和后获得。3.1.2参照轨道PFC以MPC控制，避免了控制量的改变，影
响系统的动态质量，并允许系统输出在控制过程中逐渐接近跟踪点。根据系统的跟踪设置和实际输出值，将一个取决于设计者的选择绝对值曲线引入
一个称为参考轨迹的未来值，循环关闭对系统的响应，确定稳定系统的可用模型。预测的结果将通过使用时域中的参考路径接近设定点，参考轨迹的
预测优化见图7。图7一阶指数参照轨迹通常选用如下一阶指数式：(3-2)式中：---时刻的参考点时间值---时刻的默认设置表示
时间跟踪---时刻的表示系统时间的实际输出值---衰减系数，一般取，---参考路径表示所需的闭环响应时间闭环系统更平缓，系统输出更
长，响应时间更短，动态性能和耐久性的影响减小。但是响应时间太短会造成一些超调。按照滚动优化的原则，每个优化的阶段都是基于实际过程中
最新的数据，故。对于跟踪值，设置可以通过以下多项式来计算：(3-3)式中：---时刻的时间跟踪设置---多项式系数---多项式的
展开阶数当跟踪值是一个阶跃信号时，便可直接得到，例如:当跟踪设定值为阶跃信号时，，因此，则该值为零；当跟踪值为一个斜波信号时，,只
有一个值，，并且的值为斜坡信号的斜率。当跟踪设定值表达式未知时，则用过去几个时刻的设定值拟合多项式外推来确定和。两条参考路径的详细
公式如下：(3-4)3.1.3预测模型为了突出计算机在计算方面的优越性，预测模型通常使用判定条件来实现预测功能。系统的输入输出
（SISO）PFC预测范围如下：(3-5)式中：---模型的向量状态；---预测模型的结果---系统控制输入其中，为矩阵数列
。对矢量来说，模式的状态为：(3-6)这表明预测模型的结果：(3-7)将式代入得到：(3-8)式中：(3-9)从式(3
-9)可看出，预测模型由两部分组成，即自由模式和由两部分组成，即自由模式取决于于时间状态的控制量，不管当前和未来控制量的时间。指从
时间k开始增加的新的响应模型。当基本功能已知时，基函数的基本功能可以从离线计算出被控对象的输出响应：(3-10)普通的PF
C是控制输入不加到新的独立周期的预测控制算法。所有线性的基本功能是各个基本功能的叠加，PFC的输出已经改变叠加在不同时间点的控
制结果。由于每个基本功能的过程响应函数可以事先离线计算，因此可以获得线性组合系数。3.1.4误差补偿预测控制是一个反馈系统，他的
控制方式为全闭环，因为无刷设伺服电机系统是一个随时间变化的系统，系统偏差是在所难免的。因此，该系统的真实预测和结果是：(3
-11)优化时域的预测误差为：(3-12)式中：E(k)—k时刻的误差y(k)—k时刻的过程实际输出ym(k)—k时刻
的模型预测输出时间误差k，在过程中的实际结果随时间的变化模型预测的结果，和预测模型的结果之间存在差异，以此作为多项式系数的阶数。按
公式(3-11)、(3-12)推测模型输出：(3-13)3.1.5滚动优化在预测策略中，滚动优化的宗旨是计算相应的系数，使得时
域中控制对象的预测结果与最常见的参考值进行最佳匹配。在预测函数控制算法的升级过程中，二次指标是最普遍的，也就是参考轨迹导出的偏差和
时域内预测结果之和的二倍。公式如下：(3-14)式中：时刻的系统的预测输出值分别为时刻的系统的参考轨迹输出最大化时域中的点数量第
i个拟合点上的具体时刻值由式(3-4)、(3-13)可得到：(3-15)将上式目标函数简化为：(3-16)其中
(3-17)PFC优化目标是在预测的实时预测域中找到系数,最有可能最接近参考值，即使P(k)是最小的。即由可得：(3-18)
(3-19)式中：(3-20)(3-21)另，故。从上面的表达式可以得到的控制量是：(3-22)式中：
(3-23)当输出控制K输出时，可以使用上面的公式为：(3-24)闭环点大小和预测的形式和设定的系数得以确定，并且可以离线
进行计算，值k现在已知，减少了在线量的计算。与其他自动化控制方法相比，一般可预测的PFC系统算法简单，运算速度快，能实现直流伺服电
机实时控制预测功能。预测函数控制原理框图见图8。图8预测函数控制原理框图其中：co(k)表示跟踪设定值；y(k)实际的系统输出
；Ym(k+i)表示预测模型输出；Yr(k+i)模型预期值；γ所述值跟踪参考；e(k+i)表示预测误差；D(k)外部干预；u(k)
表示显示控制输入。当电动机控制在小于或等于某个阈值时，控制器可用预测功能实现控制过程。随机干扰是一个强大的外部干扰，抑制这种干扰虽
然很难，但跟踪过程可以中立。预测控制算法对系统建模精度要求较低，从而降低设计难度。3.2基于预测函数的无刷直流电机系统设计3.2
.1PI电路电流环路设计速度控制系统的无刷电动机，应用PID控制器为当前回路的速控制器，PID控制结构图见图9，PID控制算
法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法，其实质就是根据输入的偏差值，按照比例、积分和微分的函数关系进行运算，为当前回路的
速控制器，确保系统稳定性的最大电流限制。BLDCM模型电流回路框图见图10。图9PID控制系统结构图图10电流环结构
图3.2.2速度控制功能的设计为了提高系统加载效率和减弱速度波动的能力，对速度控制系统的静态和动态跟踪性能的设计直接关系到系统稳
定性。无刷速度环结构见图11。图11速度环结构图第四章无刷直流电机系统软件设计4.1无刷直流电机软件的开发环境用编译和调试功
能，实时分析能力，来编写程序，集成系统开发的每个功能编辑、组成、连接、运行、仿真和实时跟踪，包括项目管理和软件工具等。4.2无
刷直流电机主程序流程图主程序流程图见图12：图12主程序流程图4.3无刷直流电机中断的设计中断子程序流程见图13：图13中断
服务子程序流程速度环的中断子程序见图14，速度控制通过程序入口，检测定时器溢出标志是否为零，若为零则捕获时间间隔计算转速，否则转速
为零。随后经由预测函数控制器做限幅处理继而给出电流参考值。图14速度环中断子程序流程电流环见图15，电流环中断程序通过程序入口，
首先检测转子初始位置，判断正反转逻辑换向表来启动A/D转换，对三相电流进行采样，通过电流环的比例积分调节器，调用电流换向模块，
继而输出驱动信号。图15电流环中断子程序流程第五章无刷直流电机的仿真与结果分析5.1预测函数控制仿真的选择5.1.1无刷直
流电机控制系统仿真MATLAB是经常用到的模拟器，操作简单，计算功能十分强大。所以，无刷直流电机的预测控制和仿真研究采用的是速度
控制以及预测函数模型，并使用MATLAB工具和SIMULINK进行仿真，对无刷直流电机控制进行研究。其中，无刷直流电机仿真模块包括
自检、控制、逆变器、电压测量以及电机模块。MATLAB模型电机选择的一组参数如下：额定电压为DC24V,额定电流为10A,上限功率
为110W,额定速度为2050转/分钟，线圈阻止为4Ω，感抗为9.2mh,机械时间系数为0.18s,电磁时间系数0.0052s，转
动力矩为2.137e-4,电动势计量系数为0.321Vs/rad。根据第二章作为参数，控制对象的传递函数：(5-1)式中，通过复
数变换，得出计算方程，周期为0.02s。(5-2)在MATLAB中，组建数学模型是关键。首先，需要一个子系统Simulink，对
子系统进行系统封装，将电机的重要参数键入到该系统中，对驱动控制系统中的电机参数进行简单的修改；其次，Simulink的功能模块是数
学逻辑的功能模块和直流系列中的电子模块。5.1.2预测函数速度控制仿真研究直流闭环控制，首先要对速度环建立控制系统，电流环使用
PI控制进行调整，具体设计如下：⑴速度环设计速度控制器模块里，通过编写嵌入式MATLAB函数模块实现了预测函数控制器，编写S函数实
现了对预测模型的状态向量X(k)的计算。速度环预测函数控制器的仿真模型见图16，控制回路电流信号的实际输出OUT1是无刷直流电动机
速度函数预测循环，仿真结构见图17。预测速度预测功能的预测因子是:确定采样率=0.001s的时间控制器的实时能力基于所选采样周期
的模型预测成为离散传递函数，最后转化为离散状态，同时预测速度环的作用。控制器的预测器模型确定系数m=1.2,n=1.5和p=3.2
72。闭环响应时间0.005s。速度环预测控制功能基本功能宽度=1350rad/s。对造成的干扰，影响系统效果恶化，有很好的抑
制能力。它有助于提高响应速度的耐久性出口选择了适合的平均的大小和K=0.12、k=0.001、kc=0.4239计算接收功能响应的
基本功能处理系数。计算公式(3-22)中上述参数的系数x=0.135、y=0.021、z=0.526。给定预测模型矢量的默认值
。根据计算公式(3-22)控制的数量在无刷直流伺服电机转速的计算中,环路控制功能功能是环路增益PI控制电流。电流回路的PI控制
器定义为：Kpi=0.528，Kii=0.0014。In1和In2为两个输入端基于以上因素综合考虑，除了以上的仿真参数和预测因
子按照上述要求来完成实验外，也要考虑到系统模块的准确性和稳定性，从而需要进行多次验证，选择概率最高，最接近设计要求的仿真模型。图1
6速度环预测函数控制器的仿真模型图17无刷直流电机速度环预测函数控制器的仿真模型5.2系统设计仿真结果分析⑴给定转速980r
/min,负载力矩为4牛米，设定转速为1400r/min,转速在0.03s时减速到1400r/min；仿真结果见图18：图18条
件(1)下电机的转速⑵给定速度为980rad/s,加4N·m负载转矩起动，在t=0.035s时，负载转矩变为5N·m；突然加大负载
，预测函数与PI的仿真对比图见图19：图19条件(2)下电机的转速⑶给定速度为980r/min,加4N·m负载转矩起动，在t=
0.03s时突然加大负载，预测函数与PI的仿真对比图见图20：图20条件(3)下电机的转速⑷给定速度为980rad/s,加4N·
m负载转矩起动，加入随机扰动，预测函数PFC与PID控制的仿真对比图见图21：图21条件(4)下电机的转速预测系统可以随机调剂不
同的速度，提升系统的可操作性，改善超调带来的不稳定状态，降低故障率，减小启动电流，并能抑制噪音。仿真结果证明，上述预测控制功能具有较强的抗干扰力、耐久性、准确性、状态稳定以及动态质量优于传统的PID控制，能实现极速追踪和精确控制，并具有良好的动静态特性，对无刷直流电机的转速控制具有很高的使用价值。结论通过本文的相关设计，我们可以发现随着电力电子、材料技术的快速的发展，由电子换向的无刷直流电机已经慢慢取代由机械换向的有刷直流电机。无刷直流电机的换向是通过位置传感器和功率电子开关器件，它依然具备传统有刷电机优越的启动和调速性能，改善了有刷电机带来的火花、噪声和寿命短等缺点。同时，无刷直流电机既具有直流电机调速好效率高等特点，也具备交流电机结构简单方便维护等优势。本文对无刷电机转速控制策略做出了相应的分析与研究，基于无刷直流电机双闭环控制系统，内环为电流环，外环为速度环。电流环采用的是PI控制器，速度环采用的是预测函数智能控制器，来设计无刷直流电机转速控制系统，并进行了预测函数控制仿真的选择，实验结果验证预测函数控制算法在无刷直流电机速度控制系统中的可行性。沈阳科技学院学术学位论文第二章无刷电机的内部结构及相关工作理沈阳科技学院学术学位论文第三章电动机预测控制器的设计沈阳科技学院学术学位论文第四章无刷直流电机系统设计沈阳科技学院学术学位论文第一章绪论沈阳科技学院学术学位论文第五章无刷直流电机的仿真与结果分析6343 |
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