可調(diào)速微型氣泵的pi調(diào)速的智能控制方法

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1、可調(diào)速微型氣泵的PI調(diào)速的智能控制方法摘要：本文通過探究無刷電機(jī)可調(diào)速微型氣泵的可變參數(shù)PI控制器的設(shè)計、建模、仿真、測試，并與普通PI控制器進(jìn)行試驗比較，認(rèn)為可變參數(shù)PI控制器對微型調(diào)速氣泵的控制性能更好，并且實現(xiàn)方便，因此適合在工程領(lǐng)域廣泛采用。關(guān)鍵詞：可變參數(shù)PI控制器，可調(diào)速微型氣泵（微型調(diào)速氣泵），無刷電機(jī)無刷微型氣泵采用的無刷電機(jī)利用電子換向器取代了機(jī)械電刷和機(jī)械換向器，具有優(yōu)秀的線性機(jī)械特性、寬的調(diào)速范圍、大的啟動轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點，而且避免了有刷電機(jī)電刷和換向器因強(qiáng)迫性接觸造成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、變化的接觸電阻、火花、噪聲

2、等一系列影響性能和精度的問題，配置無刷電機(jī)的微型調(diào)速氣泵被越來越廣泛地應(yīng)用到各種儀器設(shè)備和伺服系統(tǒng)中。本文以在實際中應(yīng)用非常廣泛的氣海品牌微型調(diào)速氣泵為例分析，具體型號VLK5005-12V。1、可變參數(shù)PI控制器的設(shè)計本調(diào)速系統(tǒng)采用雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，如圖1所示。電流環(huán)采用滯環(huán)調(diào)節(jié)，滯環(huán)控制器工作原理簡單．響應(yīng)速度快，能對電壓波動起到及時抗擾作用。速度環(huán)采用可變參數(shù)PI調(diào)節(jié)，對負(fù)載變化起抗擾作用，PI控制器一旦飽和，起著飽和非線性的作用。其輸出幅限值決定于被允許的最大電流?？勺儏?shù)PI控制器的實質(zhì)是針對微型調(diào)速氣泵給定的不同轉(zhuǎn)速采用不同的

3、PI控制器，使之跟蹤被控對象特性的變化，保證調(diào)速范圍內(nèi)任一轉(zhuǎn)速下微型氣泵均能有良好的動態(tài)響應(yīng)特性。實現(xiàn)過程即在調(diào)速范圍內(nèi)取若干關(guān)鍵點．在每個速度點分別設(shè)計相應(yīng)的PI控制器，然后對各個速度點的PI參數(shù)進(jìn)行曲線擬合。得到PI參數(shù)隨給定轉(zhuǎn)速變化而變化的規(guī)律。表1列出了本系統(tǒng)樣機(jī)在不同轉(zhuǎn)速點設(shè)計的PI控制器，速度控制器的動態(tài)特性為欠阻尼。阻尼比約0.6。超調(diào)量控制在10％左右。最后用最小二乘法擬合的PI參數(shù)隨給定轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律為：Kp=5.003/no，Ki=1280/(no-404)，式中no為要求的微型氣泵的穩(wěn)定速度，由外界給定。2．系

4、統(tǒng)仿真模型的建立系統(tǒng)仿真模型是基于Matlah7.0/Simulink上構(gòu)建。利用Simulink搭建圖2的仿真模型如圖3所示，它包括微型調(diào)速氣泵本體模塊BLDC、逆變器模塊Inverter、電流滯環(huán)控制模塊HysteresisCurrent和轉(zhuǎn)速可變參數(shù)PI控制器模塊ChangingPI。3．仿真結(jié)果及分析本仿真系統(tǒng)樣機(jī)參數(shù)：微型調(diào)速氣泵VLK5005-12V（氣海品牌），額定電壓12VDC，負(fù)載電流I＜360mA，電流滯環(huán)模塊飽和限幅器帶寬【-0.1，0.1】。仿真設(shè)置：變步長，ode45算法，仿真時間0.2s。通過以下方式進(jìn)行

5、微型氣泵的BLDC調(diào)速系統(tǒng)性能的仿真試驗。負(fù)載在20s轉(zhuǎn)速從500rpm升到2300rpm，普通PI控制器和可變參數(shù)PI控制器的比較如圖6所示：可變參數(shù)PI控制器在不同轉(zhuǎn)速均體現(xiàn)出良好的調(diào)節(jié)特性；普通PI控制器在900rpm時有良好的動態(tài)特性，在2300rpm時調(diào)節(jié)性能明顯變差。負(fù)載恒定，在5s轉(zhuǎn)速從1800rpm調(diào)升到2300rpm，如圖7所示。微型調(diào)速氣泵保持良好的響應(yīng)特性。4．結(jié)束語本文在分析BLDC數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上。設(shè)計了BLDC的可變參數(shù)PI調(diào)速系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明：可變參數(shù)的PI調(diào)速系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)，調(diào)速性能良好。由于該方法實

6、現(xiàn)方便，它將在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。論文中提供的BLDC仿真模塊具有通用性，為BLDC系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)提供了實用工具。另外，由于目前未見進(jìn)口品牌的無刷微型氣泵有PWM調(diào)速功能和FG反饋信號功能，因此沒有相關(guān)測試數(shù)據(jù)，本文則以國產(chǎn)知名的氣海品牌為例論證。選用氣海其它型號的微型調(diào)速氣泵測試，比如VLK4506、VLC7602、FAY6006，同樣證實上述結(jié)論。