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1、无刷直流电机闭环控制器设计摘要：对于无刷的直流电机（BLDC）而言，其控制系统存在参数优化难、输出 速度不稳定等问题，而对无刷直流电机的闭环控制器进行优化设计可以在一定程 度上改善问题。本文通过阐述具备时延条件的具体PI控制器，对采用GA方法进 行PI闭环控制的设备进行整体优化，通过具体的实验和结果的深入分析，提出以 遗传算法为基础的控制器响应及处理对策，以供读者参考。关键词：无刷直流电机；信号处理；遗传算法；时间延迟一、无刷直流电机闭环控制器概述（一）无刷直流电机闭环控制器的运行特点 无刷直流电机本身在运行过程中启动的转矩较大，但控制器响应较为快速，整体调速性能也比较优异。因为没有普通直流电
2、机在运行中需要经过碳刷、滑环 等结构，整体运行较为可靠稳定，并且在工业环境中也有了较多的运用。但当前 我国机械领域广泛应用的无刷直流电机在闭环控制器的测定上经常检测出控制器 PI 参数不佳、响应速度过慢等情况，影响了控制器应用的精度调控需求。所以本 文深入探究了无刷直流电机在PI参数控制上的优势，并采用对比分析的方式将无 刷直流电机的闭环控制器进行各个零部件的性能分析。BLDC的控制体系主要在DSP中展现，而串行通信接口较为容易与直流电机进 行通信并且获取进一步指令， BLDC 可以通过正交的编码器进行电机速度以及位置 的信息获取，同时依据不同的控制命令在驱动板上产生对应的调控。依据所查阅 的
3、文献实验结果我们发现：无刷直流电机在控制器的设计与应用中，不论在瞬态 还是稳态的条件都呈现出较为稳定的性能。而针对在实际控制系统中过长输出响 应的控制系统而言，笔者发现采用给予神经网络预测装置的设计可以有效的对延 迟条件进行限制并进一步改善直流电机的控制系统响应。（二）无刷直流电机闭环控制器的应用效果 随着无刷直流电机控制器应用愈发广泛，许多研究和工作都侧重应用无刷直流电机的闭环控制器。而以遗传算法（GA）为核心的PID技术可以有效辅助直流 电机进行电动助力系统的转接，同时以遗传算法为基础的闭环PID控制能有效的 帮助无刷直流电机在PID参数调控上实现最优化调控，同时也比传统闭环控制效 果更显
4、著。整体来说，无刷直流电机闭环控制器在参数识别的基础上有着较好的应用效 果。而给予遗传算法的 PI 控制参数优化可以将遗传算法中不同时延系数中的比例 进行优化处理，并通过实验表明，不同方法涉及到的PI进一步控制都有着不同的 速度，但整体都是优于传统方法的。二、无刷直流电机的参数识别与 GA-PI 控制设计（一）无刷直流电机的参数识别 如果在没有现成技术体系引领的情况下，在无刷直流电机的研发中发现适合进行闭环控制器调控的无刷直流电机模型是较为困难的。而笔者发现有一种方式 相对来说是比较容易的：首先要进行DSP随机生成的PWM控制电压的调控，其 次要在开环的整体调控下进行系统辨别与工具箱整合，从数
5、据的输入和输出两方 面开展无刷直流电机系统模型的建立。（二）参数空间中的 GA-PI 控制设计参数空间中的GA包括大小是10的种群，其拥有随机且初始的GA总体，不 同染色体虽然有不同的序列，但整体遗传信息长度在1000左右。而轮盘进行选 择的时候就要将所选的染色体进行复制，放在交配池中即可进一步开展交叉比对。 而在本文所探讨的研究过程中，以均方误差为基础的微分调控可以有效避免研究 结果的过度拟合。而这些数值也是在不同训练阶段中进行不同的调控得出的。如 果所获得的数值较为稳定，则证明参数空间中 GA-PI 的控制设计是较为稳定的， 训练和设计可以继续进行，而如果均方误差在10 次统筹计算中存在负
6、值，就要 提前将方法进行检查并且停止训练。为寻求不同时延情况下最优的PI控制参数，在研究过程中可以应用GA的思 路及理念进行训练质量的提升。虽然不同遗传信息价值有限，但是仍旧是一个较 大的数组集合。在GA为0的时候，整体三位稳定性的参数区域有着增益的明显 效果，而对于存在一定时延的 PI 参数来说，时延数值则是在 0 到0.02 秒内的不 同染色体数值。区域信息可以帮助获取不同GA群体中染色体数值的上下限。三、无刷直流电机的实验验证 （一）无刷直流电机闭环控制的实验平台进一步研究以 DSP 为基础的无刷直流电机闭环控制体系，笔者发现在研究过 程中所应用的集成器编程（IDE）代码为C语言，并且集
7、成器的开发环境包括编译、 汇编、链接等多方面。如果编程成功，则会创建后缀为.out”的文件，其通过在 DSP板设定的闪存内容中进行加载，获取对应的信息，除此之外DSP的BLDC电 机是持续正常工作的，主要采用的硬件及性能如下文所述：1. JTAG 调试仿真器JTAG的调试所应用的是Blackhawk Inc.所制造的调试电缆，其型号为BH-USB- 510。2. DSP 主板DSP的主板则是Spectrum Digital Inc.制造的eZdsp2812，该硬件有着独立的 功率模块以及绝缘棚板块，在进行DSP系统输出的过程中可以转化为多个不同的 PWM 输出进行调控和驱动。3. 无刷直流电机
8、硬件中的无刷直流电机所采用MBE.172.E500型号的电机，并且通过连接到主 板上的运动控制体系来获得对应的速度反馈信息。而嵌入在DSP芯片内部的正交 编码脉冲体系可以检测到不同编码器输出的通道脉冲，并进行对应的调控。4. RS232 接口在最后的硬件处理中所米用的是目标速度控制的命令体系，其米用以GA为 基础的PI控制增益，同时从个人计算机的用户UI界面进行串行接口的优化，最 后将信息汇总发送到DSP的调控系统。而实时速度的信息可以在UI时间响应接 口处获取。（二）实验结果为综合评估以 GA 为基础的 PI 理念与传统 PI 方式的对比，本文所提出的方法 及控制参数也应用于无刷直流电机的闭
9、环控制，目标的速度命令在1000 RPM。虽 然不通过条件下有着不同的时延，但线性间距中不同元素的时间延迟调控在0到 0.004秒以内，选定矢量值可以有效的调控直言平台。通过上述结果可以分析： 本文所提出的以GA为基础的PI理念在不同时延的情况下都获取了最优的PI参数 值，同时在时间响应方面也有更佳的性能，通过比较模拟测试与真实实验结果之 间的差值及显著性分析可以发现所提出的方法比传统PI方法更有效。四、结语 随着无刷直流电机控制器应用愈发广泛，许多研究和工作都侧重应用无刷直 流电机的闭环控制器。本文对遗传算法(GA)与控制器(PI)进行深入的剖析， 以遗传算法(GA)为核心的PID技术可以有
10、效辅助直流电机进行电动助力系统的 转接，同时以遗传算法为基础的闭环PID控制能有效的帮助无刷直流电机在PID 参数调控上实现最优化调控。通过对 BLDC 电机时间响应的整体分析发现，所提 出的闭环控制器设计理念与传统 PI 方式相比较是更加稳定、更为高效的运行体系 参考文献1 黄晓冬，邱建琪,金孟加.基于FPGA的无刷直流电动机速度闭环系统设计与 实现J.微电机,2009, 42(7):44-46.2 谢志诚，李益华,林利红.无刷直流电机双闭环控制系统的建模与仿真J.电 机技术, 2010(2):26-30.张陶，王毓顺,李学华.基于DSPIC的无刷直流电机闭环控制系统设计及软硬 件实现J.科学技术与工程,2007, 22(17):4283-4287.作者简介：盛峰(1997-02-26) ，男，汉族，籍贯：湖北省孝感市，学历： 大学本科，研究方向：控制系统设计
