專利名稱：基于inga的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種控制系統(tǒng)，具體的說是涉及一種基于智能小生境遺傳算法的水泵用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
參考文獻(xiàn)《賈明月，朱建光，孫寧，唐任遠(yuǎn).新型泵用永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)[J].沈陽沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007年6月》指出水泵類機(jī)械設(shè)備在國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)中占有重要地位。每年因系統(tǒng)運(yùn)行效率低下造成的電能損失達(dá)200億kW.h以上。在當(dāng)前能源日益緊缺的情況下，推廣水泵節(jié)能技術(shù)不但具有重大的經(jīng)濟(jì)效益，而且有著重大的社會(huì)效益。提高水泵系統(tǒng)效率一是要研制優(yōu)質(zhì)的水力模型、優(yōu)化設(shè)計(jì)水泵過流表面等提高水泵自身的性能；二是要采用合理方式根據(jù)工況調(diào)節(jié)流量。目前水泵系統(tǒng)效率較低主要原因有兩個(gè)一是采用傳統(tǒng)的閥門、擋板來控制流量；二是技術(shù)改造和大部分新建系統(tǒng)中普遍采用效率較低的異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)(BLDCM)通過技術(shù)設(shè)計(jì)的改造，其成本可以與異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)接近，但具有高效率、高功率因數(shù)、高功率密度的優(yōu)點(diǎn)，因此采用BLDCM是水泵類系統(tǒng)節(jié)能的途徑之一。永磁無刷直流電機(jī)既有普通直流電機(jī)良好的起動(dòng)性能和調(diào)速性能，又從根本上消除了換向火花、無線電干擾等弊端，具有壽命長、可靠性高、噪聲低和控制方便等優(yōu)點(diǎn)，理所當(dāng)然的成為了機(jī)電設(shè)備驅(qū)動(dòng)的發(fā)展方向。對它進(jìn)行研究的主要目的就是提高其調(diào)速性能，采用先進(jìn)的控制算法進(jìn)一步改善其性能指標(biāo)，以更好滿足負(fù)載的調(diào)速要求。而傳統(tǒng)的BLDCM控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制器一般采用普通PI控制，該P(yáng)I控制算法存在系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速階躍響應(yīng)時(shí)超調(diào)量大，上升時(shí)間長，反應(yīng)速度較慢等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速階躍響應(yīng)時(shí)的超調(diào)量，縮短了上升時(shí)間，提升了整體的反應(yīng)速度。為解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述水泵與控制主體相連，且該控制主體上還設(shè)置有內(nèi)控制環(huán)與外控制環(huán)。進(jìn)一步的，上述控制主體包括依次相連的轉(zhuǎn)速比較模塊、智能轉(zhuǎn)速PI控制器、電流比較模塊、電流PI控制器、PWM控制器、三相逆變器以及永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，且通過永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)與水泵相連。作為優(yōu)選，所述智能轉(zhuǎn)速PI控制器為采用改進(jìn)的小生境遺傳算法的智能轉(zhuǎn)速PI控制器，電流PI控制器為常規(guī)電流PI控制器，轉(zhuǎn)速比較模塊與電流比較模塊的芯片皆為TMS320F2812 芯片。再進(jìn)一步的，上述內(nèi)控制環(huán)為電流環(huán)，內(nèi)控制環(huán)包括實(shí)際三相相電流檢測器。[0011]作為優(yōu)選，所述實(shí)際三相相電流檢測器分別連接在三相逆變器的輸出端與電流比較模塊的反饋輸入端。更進(jìn)一步的，上述外控制環(huán)為轉(zhuǎn)速環(huán)，外控制環(huán)包括轉(zhuǎn)子磁極位置檢測器以及與其相連的轉(zhuǎn)速計(jì)算器。作為優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)子磁極位置檢測器的輸入端與永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)相連，且輸出端還同時(shí)與PWM控制器以及轉(zhuǎn)速計(jì)算器相連。作為優(yōu)選，上述轉(zhuǎn)速計(jì)算器的輸出端連接在轉(zhuǎn)速比較模塊的反饋輸入端上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有以下有益效果(I)本實(shí)用新型采用了智能轉(zhuǎn)速PI控制器，能夠更好的對實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行分析并給出合適的參考電流，大大的提聞了系統(tǒng)的精確性；(2)本實(shí)用新型采用了電流PI控制器，能夠更好更精準(zhǔn)的接收與分析參考電流的值，并給出下一步的指令；(3)本實(shí)用新型設(shè)有內(nèi)外兩控制環(huán)，相互配合運(yùn)算與協(xié)調(diào)，使其能夠更好的更準(zhǔn)確的完成對水泵的控制；(4)本實(shí)用新型的智能轉(zhuǎn)速PI控制器采用改進(jìn)的小生境遺傳算法(INGA)，所構(gòu)建出的智能轉(zhuǎn)速PI控制器能優(yōu)化水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能，降低了系統(tǒng)在對轉(zhuǎn)速階躍響應(yīng)時(shí)的超調(diào)量，縮短了上升時(shí)間，提升了整體的反應(yīng)速度。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的核心思路是，精簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減小其制造的難度以及占地的面積，同時(shí)更易于對該設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)與檢查修理。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例1如圖1所示，基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述水泵與控制主體相連，且該控制主體上還設(shè)置有內(nèi)控制環(huán)與外控制環(huán)。上述控制主體包括依次相連的轉(zhuǎn)速比較模塊、智能轉(zhuǎn)速PI控制器、電流比較模塊、電流PI控制器、PWM控制器、三相逆變器以及永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，且通過永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)與水泵相連。作為優(yōu)選，所述智能轉(zhuǎn)速PI控制器為采用改進(jìn)的小生境遺傳算法的智能轉(zhuǎn)速PI控制器，電流PI控制器為常規(guī)電流PI控制器，轉(zhuǎn)速比較模塊與電流比較模塊的芯片皆為TMS320F2812 芯片。上述內(nèi)控制環(huán)為電流環(huán)，內(nèi)控制環(huán)包括實(shí)際三相相電流檢測器。作為優(yōu)選，所述實(shí)際三相相電流檢測器分別連接在三相逆變器的輸出端與電流比較模塊的反饋輸入端。上述外控制環(huán)為轉(zhuǎn)速環(huán)，外控制環(huán)包括轉(zhuǎn)子磁極位置檢測器以及與其相連的轉(zhuǎn)速計(jì)算器。作為優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)子磁極位置檢測器的輸入端與永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)相連，且輸出端還同時(shí)與PWM控制器以及轉(zhuǎn)速計(jì)算器相連。作為優(yōu)選，上述轉(zhuǎn)速計(jì)算器的輸出端連接在轉(zhuǎn)速比較模塊的反饋輸入端上。在控制中對系統(tǒng)的算法進(jìn)行了優(yōu)化，其優(yōu)化模型的建立方式如下對轉(zhuǎn)速控制器PI參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化使得優(yōu)化后系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)超調(diào)量⑩％·更小及調(diào)節(jié)時(shí)間ts更短，對轉(zhuǎn)速控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)的任務(wù)便是合理調(diào)配這兩項(xiàng)指標(biāo)，使其表現(xiàn)出來的綜合性能指標(biāo)函數(shù)J最小，同時(shí)為了避免超調(diào)，實(shí)用新型的性能指標(biāo)函數(shù)J在ITAE性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，引入了懲罰功能，將超調(diào)量作為最優(yōu)指標(biāo)的一項(xiàng)，于是參考文獻(xiàn)《劉金瑕.先進(jìn)PID控制MATLAB仿真(第2版)[M].北京電子工業(yè)出版社，2004》得
到最優(yōu)的性能指標(biāo)函數(shù)J為
權(quán)利要求1.基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，包括水泵，其特征在于，所述水泵與控制主體相連，且該控制主體上還設(shè)置有內(nèi)控制環(huán)與外控制環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制主體包括依次相連的轉(zhuǎn)速比較模塊、智能轉(zhuǎn)速PI控制器、電流比較模塊、 電流PI控制器、PWM控制器、三相逆變器以及永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，且通過永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)與水泵相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)， 其特征在于，所述智能轉(zhuǎn)速PI控制器為采用改進(jìn)的小生境遺傳算法的智能轉(zhuǎn)速PI控制器，電流PI控制器為常規(guī)電流PI控制器，轉(zhuǎn)速比較模塊與電流比較模塊的處理芯片皆為 TMS320F2812 芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)控制環(huán)為電流環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)控制環(huán)包括實(shí)際三相相電流檢測器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)際三相相電流檢測器分別連接在三相逆變器的輸出端與電流比較模塊的反饋輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述外控制環(huán)為轉(zhuǎn)速環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述外控制環(huán)包括轉(zhuǎn)子磁極位置檢測器以及與其相連的轉(zhuǎn)速計(jì)算器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子磁極位置檢測器的輸入端與永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)相連，且輸出端還同時(shí)與PWM控制器以及轉(zhuǎn)速計(jì)算器相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速計(jì)算器的輸出端連接在轉(zhuǎn)速比較模塊的反饋輸入端上。
專利摘要基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其特征在于，所述水泵與控制主體相連，且該控制主體上還設(shè)置有內(nèi)控制環(huán)與外控制環(huán)。上述控制主體包括依次相連的轉(zhuǎn)速比較模塊、智能轉(zhuǎn)速PI控制器、電流比較模塊、電流PI控制器、PWM控制器、三相逆變器以及永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，且通過永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)與水泵相連；智能轉(zhuǎn)速PI控制器為采用改進(jìn)的小生境遺傳算法的智能轉(zhuǎn)速PI控制器，電流PI控制器為常規(guī)電流PI控制器，轉(zhuǎn)速比較模塊與電流比較模塊的芯片皆為TMS320F2812芯片。本實(shí)用新型提供一種基于INGA的智能水泵用無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速階躍響應(yīng)時(shí)的超調(diào)量，縮短了上升時(shí)間，提升了整體的反應(yīng)速度。
文檔編號(hào)H02P6/08GK202856673SQ20122047406
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者龍駒 申請人:西華大學(xué)