（电力系统及其自动化专业论文）基于labview的无刷直流电机智能控制研究.pdf

英文摘要 a b s t r a c t n eb r u s h l e s sd cm o t o r ( b l d c m ) h a sb r o a da p p l i e dt or e p l a c et h ed cm o t o ri n m a r i n ee l e c t r i cp r o p u l s i o nc o n t r o ls y s t e mb l 各? , a u s eo fi t sh i g ht o r q u ed e n s i t y , h i g h e f f i c i e n c ya n ds t a b i l i z a t i o n i no r d e rt oi m p r o v ea n t i d i s t u r b a n c ep e r f o r m a n c eo f m a r i n ee l e c t r i cp r o p u l s i o nm o t o r , i i lt h i sp a p e r , u s i n gb r u s h l e s sd cm o t o rf o rt h es t u d y , t h er e s e a r c hf o c u s e so ns p e e dc o n t r o l ，a n dc o m b i n e sa r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ec o n t r o l m e t h o d sw i t ht h et r a d i t i o n a lc o n t r o ls t r a t e g i e s t h ef u z z yn e u r a ln e t w o r kc o n t r o l a l g o r i t h mi sa p p l i e dt ot h ec o n t r o ls y s t e m b a s e do nb l d c m sm a t h e m a t i c a lm o d e l ，t h es i m u l a t i o nm o d e lo fe o n t r o is y s t e m i sb u i l ta n ds i m u l a t e di nm a t l a be n v i r o n m e n t a c c o r d i n gt of u z z ys e l f - t u n i n gp i d c o n t r o l l e r , a l la d a p t i v en e u r a lf u z z yp i dc o n t r o l l e rh a sp r o p o s e d t i l i sp a p e rg i v e st h e d e s c r i p t i o n so ff u z z yn e u r a ln e t w o r kc o n t r o lt e c h n o l o g ya n dt h es t r u c t u r e o ff u z z y n 伽r d ln e t w o r k s at w o - d i m e n s i o n a lf n nc o n t r o l l e rm a k e su pt h en u c l e u so ft h e c o n t r o ls t r a t e g yt h a ti n t e g r a t e sc h a r a c t e r i s t i c so ff u z z yc o n t r o la n dn e u r a ln e t w o r k s s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ef u z z yn e u r a ln e t w o r ka l g o r i t h mo b t a i n ss a t i s f a c t o r y s t a t i ca n dd y n a m i cp e 面m a n c e ，w i t hs t r o n gr o b u s t n e s sa n da d a p t a b i l i t y t h i sp a p e rs e l e c t sn i sl a b v i e wa ss o f t w a r ep l a t f o r mt ob u i l di n t e l l i g e n tc o n t r o l s y s t e mo fb r u s h l e s sd c m o t o r t h ec o m b i n a t i o no ff i se d i t o ra n ds i m u l i n km e t h o di n m a t l a bi ss t u d i e df o rm a k i n gf u z z yr e a s o n i n gs t r u c t u r e , a n dt h e nam i x e d p r o g r a m m i n gw i t hl a b v i e w a n ds i m u l i n ki sr e a l i z e db ym a t l a bs c r i p tn o d e n o t o n l yf u z z ys e l f - a d j u s t i n gp i d c o n t r o l l e ra n da n f i sp i dc o n t r o l l e ra l ed e s i g n e d ，b u t a l s oaf u z z yr e a s o n i n gs y s t e mi ss e tu pa n da p p l i e d d a t aa c q u i s i t i o n ( d a q ) i sa p p l i e d f o rt h es p e e ds i g n a la c q u i s i t i o na n dt h eo u t p u to fc o n t r o ls i g n a l s ，w h i c hc o n s t i t u t e sa c l o s e dl o o p h a r d w a r eu s e sa ni n t e g r a t e dc h i pt oc o m p l e t et h ed e s i g no ft h em a i n c i r c u i t k e yw o r d s ：b l d c m ；a n f i s ；l a b v i e w 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文= = 基王逊y l 垦堕鲍玉届4 直逋电扭蟹篚控剑硒蕴：除论文中 已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开 发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密口( 请在以上方框内打“ ) ：锵一名：以 日期：秭年6 月哆日 基于【a b v 砸w 的无刷直流电机智能控制研究 第1 童绪论 1 1 控制电机在自动控制系统中的作用 在现代工业自动化系统中，大量不同类型的执行元件被广泛的用于各式各样 的自动控制系统、遥控和解算装置中，其中常用的重要元件就是能在控制系统中 完成执行、检测和解算功能的控制电机。常用各类的普通旋转电机与控制电机同 属于机电元件。从电机基本原理的角度考虑，它们没有本质的差别，普通旋转电 机侧重于要求电机的力能指标方面，而控制电机侧重于要求电机的某方面特性、 快速响应和高精度等性能，满足控制系统的各种需要。 控制电机作为不可或缺的执行元件在现代科学技术、现代军事装备和现代工 业自动化系统占据着无法替代的地位。例如，控制电机被用在火炮和雷达中的自 动定位，航空航天中的自动行驶，遥远目标的定位，工业中机床加工过程中的自 动控制，舰船方向舵的自动操控，从我们熟悉的电脑计算机、录音录像设备到我 们生活常需要的医疗设备、自动记录仪表等自动控制系统中，控制电机无所不在。 根据控制电机在自动控制系统中的作用可以分为两类：一类是执行元件( 功 率元件) ，另一类是测量元件( 信号元件) 。执行元件主要有直流伺服电机、无 刷直流电机、交流伺服电机、步进电机等。将输入给电机的电信号转化成电机轴 上的角速度或角位移以及线速度或直线位移是作为执行元件的电机的主要功能， 然后拖动控制对象。转速与控制电压成正比是理想的直流伺服电机和交流伺服电 机的模型，并且通过控制电压的极性来改变转速的方向。在自动控制系统中，测 量元件一般只作为校正元件和敏感元件用来测量转速、机械转角等值【l 】。 1 2 无刷直流电机发展趋势 无刷直流电机是目前机电产品中集电子、电机一体化的高新技术产品，无刷 直流电机既具有直流电机的特性，又具有结构简单、维护方便、运行可靠等交流 电机的优点。有刷直流电机为无刷直流电机的发展奠定了基础。直流电机常被运 用到各类伺服系统和驱动装置中，主要因为直流电机启动特性好，速度调节响应 第1 章绪论 特性快，堵转转矩大的优点。但是在直流电机运行时，电刷和换向器产生滑动机 械接触引起火花，出现无线电干扰，使电机寿命缩短，从而严重的制约了电机的 精度。电刷换向器装置使得直流电机结构复杂，产生很大的噪音，给系统的维护 带来困难。随着永磁材料、电力电子技术、微电子技术、检测技术以及自动控制 技术的发展，大功率开关器件尤其是绝缘栅双极晶体管( i g b t ) 和集成门极换流 晶体管( i g c t ) 等的出现，使得利用位置传感器和电子开关线路代替换向器和电 刷的无刷直流电机朝着集成化、高频化、智能化的方向发展【2 l 。无刷直流电机将电 机与电子线路结为一体，因此机械换相不会在限制转速控制。无刷直流电机调速 技术已成为调速技术发展的一个主流方向，并且已经开始代替直流电机、伺服电 机、和力矩电机在控制领域的运用。 随着当前工业过程的大型化、复杂化、连续化，满足要求的控制系统都是相 当复杂，不但具有高度的非线性、信息不完全性、强耦合性和大时滞性等，并且 伴随着精确的约束条件。无刷直流电机作为控制系统的被控对象，同样有以上的 非线性、时变等特点，在速度调节过程中，会受到负载变化或扰动的影响，传统 的控制方法虽然算法简单，可靠性强，但是很难达到无刷直流电机速度调节的控 制要求。 1 3 智能控制的提出 经典控制和现代控制适用于解决线性时不变等不复杂的控制问题，是缺乏应 变能力和灵活性的传统控制方法。它主要针对有精确模型的被控对象，所以在实 际应用中，传统控制方法的使用受到限制。 针对实际控制系统中出现模型未知，或因系统存在非线性、时变性、复杂性、 不确定性以及不完全性等无法解决建模问题的情况，产生了通过控制理论和熟练 操作人员的经验相结合的智能控制。智能控制是控制理论发展的高级阶段，主要 用来解决传统控制方法难以解决的问题。智能控制的特点有【3 】： 1 智能控制系统具有混合控制过程，一般是以数学模型表示或者以知识表示 的非数学广义模型。适用的生产过程有模糊性，不完全性，复杂性的特点，智能 2 基于l a b v i e w 的无刷直流电机智能控制研究 控制系统会辨识被控动态过程的特征，采用定性定量与开闭环控制结合的多模态 控制方式。 2 智能控制器具有总体寻优的特点。利用智能控制器的特征记忆和在线特征 辨识的功能，能够无间断的优化参数和调整控制器的结构，以达到最佳的形式。 计算机在控制过程中，完成在线获取信息、实时处理，最后给出控制决策的任务。 3 智能控制具有变结构和非线性的特点。智能控制主要是模仿人的非线性思 维进行决策，因此它也具有非线性。在系统的控制过程中，结合当前的误差和误 差变化率，调整系统参数。当系统性能不满足要求时，采用跃变的方式改变控制 器的结构。 智能控制研究对象一般归结为具有以下的三个特点：( 1 ) 任务要求复杂性； ( 2 ) 模型不确定性；( 3 ) 高度非线性。 二元论首先由美籍华人傅京逊教授1 9 7 1 年提出的，他提出了智能控制是一门 人工智能与自动控制的交叉学科，即二元论。之后，在1 9 7 7 年，美国学者把运筹 学引入了智能控制，提出了三元论，三元论在“智能”和“控制基础上，还着 重突出更高层次控制中规划、调度和管理的作用。 智能控制设计的系统( 控制器) ，特点是能够完成学习、抽象、推理、决策 等任务，随时根据被控对象或被控过程信息的变化即刻作出适应性反应调节被控 对象，实现代替人来操控任务。模糊数学、神经网络、专家系统等各门学科的发 展给智能控制提供了先进的控制方法，所以，模糊控制、神经网络、遗传算法是 智能控制的几个重要分支。 模糊控制理论由美国加利福尼亚大学教授扎德在1 9 6 5 年提出的，建立在模糊 数学基础之上，表示方法用语言规则，实现方法采用现代微机技术的高级控制策 略。模糊控制以模糊语言变量、模糊集合论及模糊逻辑推理为前提，把用人类自 然语言描述的控制策略，转化成数字或数学函数，使用计算机去完成设定的控制 任务。目前，虽然模糊控制得到了普遍的应用，但是模糊控制理论有待于完善和 提高。在鲁棒性、稳定性、全局性方面还缺乏数学分析方法。 3 第1 章绪论 神经网络是由很多结构和功能都不复杂的神经元组成的。但是整个网络却有 极其复杂的动态行为。神经网络在实时控制或者动态控制中，由于其具有高度的 并行结构和并行实现能力，总体处理数据的能力和耐故障的能力很好。在复杂、 多变量、大规模的控制中，神经网络会集成和融合互补和冗余的输入信号。近年 来，神经网络在自动控制领域展现了广阔的应用前景。 模糊控制是一种不依赖于被控过程的数学模型，仿照人类思维的控制技术， 但是它缺乏在线自学习或自调整的能力，只能利用专家总结出的经验知识实现近 似的推理，所以模糊控制的难题重点是自动生成、调整隶属函数或调整模糊规则。 在环境的变化下神经网络具有极强的自学习能力，它的优点就是可以弥补模糊控 制的这一缺点，神经网络在建模方面的特点就是具有联想学习模式，然而在学习 训练完成后，无法以我们接受的形式表达出输入、输出数据的关系。为了提高整 个系统对知识的自学习能力和表达能力，模糊神经网络控制应运而生，将模糊理 论表达知识的能力和神经网络的自学习能力结合起来，受到控制工程界的极大欢 迎【4 】。 模糊神经网络是智能控制中比较先进的一种算法，目标是解决那些传统控制 效果不佳或者是传统控制无法应付的复杂控制过程的问题。在无刷直流电机控制 系统中，采用智能控制和传统控制相结合的方法，会使整个控制系统的性能提高， 得到传统控制方法很难达到的预想控制效果。 1 4 虚拟仪器技术的产生和发展 在新技术和新仪器中，虚拟仪器是计算机技术介入仪器领域之后，形成一种 富有生命力、性能可靠的新型仪器。在计算机平台上，结合相应的专用软件和相 应的硬件，设计和完成仪器的基本功能。虚拟仪器软件、数据采集硬件、计算机 以及连接计算机和硬件的总线框架是构成虚拟仪器的基本元素。虚拟仪器最核心 的技术是软件开发环境。与传统的程序开发环境对比，虚拟仪器软件开发环境主 要面向测试工程师，提供了强大的图形化编程语言，优点体现为编程简单、方便， 人机交互界面友好，测控系统中主要利用强大的数据可视化分析能力和仪器控制 4 基于l a b v i e w 的无刷直流电机智能控制研究 能力。但是，虚拟仪器软件不擅长大量数据计算和处理，也不能通过调用系统程 序来完成底层操作。为了解决这一问题，虚拟仪器提供了与传统编程语言的接口， 可以通过该接口实现虚拟仪器自身不易实现的任务。 虚拟仪器中通过各类功能软件实现采集信号，数据分析，结果输出。计算机 软件代替了传统仪器的部分硬件或者整个仪器，p c 机显示与传统仪器相似的图形 用户界面，方便用户操作与控制，实现与用户的交互，用户使用时可以直接调用 底层的硬件驱动程序实现对硬件的访问。 目前，图形化编程工具是普遍被采用的虚拟测量仪器开发工具，主要包括： 可视化虚拟仪器系统开发平台l a b v i e w ，它由美国n i 公司推出的，着重致力于 信息数据的采集、对其的分析、处理和控制；n i 公司同时推出l a b w i n d o w s c ， 以a n s i c 为核心，主要给熟悉c 语言的技术人员提供的。其它公司也推出相应的 开发平台，美国h p 公司的v e e 产品。组态软件是针对自身产品的图形化开发工 具，表1 1 是h pv e e 、l a b v i e w 、l a b w i n d o w s c v i 和组态软件的技术特点【4 】。 表1 1 不同开发平台的比较 t a b 1 1t h ec o m p a r i s o n so f d i f f e r e n td e v e l o p m e n tp l a t f o r m s 开发平台系统支持技术特点 应用范围 图形化编程，逻辑简单，大量 w i n d o w s、 仪表开发、单台测试设 唧v e eh i 仪器驱动，提供仪器通信驱 u n 备、集中式测控系统。 动。 图形化编程，逻辑简单，大量常 仪表开发，单台测试设 k i b v 屺wd o s 、w i n d o w s用仪器驱动、提供仪器通信驱 备，集中式测控系统。 动，网络功能强。 图形化编程与c 语言编程共存，仪表开发，单台测试设 k i b w i n d o w 北w i n d o w s 、o s 2用户可灵活编写程序逻辑，大量 备，集中式测控系统， 常用仪器驱动，网络功能较强。中、小规模测控系统。 w i n d o w s、 图形化编程，程序逻辑相对吲集散式测控系统，中大 组态软件 u n 、d o s 定，图形部件丰富，网络功能强。规模测控系统 5 第1 章绪论 1 5 课题的主要内容 本文在l a b v i e w 环境下，实现无刷直流电机控制系统的设计，应用了自适应 神经模糊p i d 算法。论文的主要工作如下： 1 ) 第1 章阐述了论文的背景和研究意义，无刷直流电机调速系统是目前控制 领域的主流方向之一，在控制系统中应用新型的智能控制，可以改善系统的动态 和静态特征，目前虚拟仪器的应用领域越来越广，在l a b v i e w 环境下实现电机控 制系统的研究是很有意义的。 2 ) 第2 章从无刷直流电机结构模型和工作原理，推导出电机的传递函数，作 为仿真环境下的被控对象。 3 ) 第3 章主要介绍了智能控制中的模糊控制和自适应神经模糊控制原理和模 型。 4 ) 第4 章在传统p i d 控制器的基础上，引进了智能p i d 控制器，着重设计了 模糊自整定p i d 控制器和自适应神经模糊p i d 控制器，并在m a t l a b s i m u l i n k 中验证了该算法的可行性。 5 ) 第5 章完成整个控制系统的软件和硬件控制，软件设计是基于g 语言编程， l a b v i e w 和m a t l a b 混合编程实现自适应神经模糊p i d 控制算法，外围硬件部 分使用了集成芯片驱动无刷直流电机，通过数据采集卡采集电信号，输出激励信 号完成控制系统的闭环控制。 6 基于l a b v i e w 的无刷直流电机智能控制研究 第2 章无刷直流电机数学模型 电机是一种利用电磁基本定律制成的能量转换装置，在国民经济的各个领域 中都得到了广泛地应用。船用电机通常是相应的陆用电机的派生系列。一艘现代 化的船舶需要使用的电机数量不下于数百台。例如，船舶发电站中的主要设备之 一就是发电机，每艘船舶都需要自备独立的发电机。电动机作为原动机广泛地应 用于各种甲板机械舵机、绞缆机、起货机、锚机等的电力拖动系统中；电动 机还作为各种主机、通风机、辅助服务的泵等的原动机；大量的控制电机被控制 系统和导航仪器所采用。在船舶上各类电机都会被大量的使用。无刷直流电机具 有效率高、寿命长、噪声低以及较好的转速转矩特性等优点，在船舶行业内得到 了较好的发展。 2 1 无刷直流电机的结构 无刷直流电机由三部分组成：电动机、转子位置传感器、电子开关线路，电 动机本体由两部分组成【1 2 】：定子和转子，本体在结构上与永磁同步电机的结构相 似，电动机定子绕组由直流电源供电，通过开关线路提供电机工作时的电压，位 置传感器用来检测电动机转子的位置，并为开关线路提供触发信号去控制功率开 关元件的导通或截止，从而达到控制电动机的转动。它的原理框图如图2 1 所示。 图2 1 无刷直流电机的结构框图 f i g 2 1b l o c kd i a g r a mo f b r u s h l e s sd cm o t o r 7 第2 章无刷直流电机数学模型 2 2 无刷直流电机功率驱动方式 控制系统中的无刷直流电机通常采用三相星型桥式接法的电枢绕组连接方 式，定子绕组为三相绕组，并且功率晶体管接成桥式开关电路，无刷直流电机的 驱动电路采用两两导通方式，正一疋为高电平导通功率器件，通过功率器件的导通 和关断去控制电机三相绕组的电流，每一时刻电机都有两相导通，第三相悬空， 转子位置信号决定了各相的导通顺序与时间。定子合成的磁场在空间上来看是一 种步进角为6 0 。电角度的步进式旋转磁场，而不是连续旋转的磁场。逆变桥随着 转子转过6 0 。电角度就相应地进行一次换流，定子磁状态随着电流的改变也会相 应改变一次。电机存在六个磁状态，且每一状态有且仅有两相导通，上桥臂中的 一个功率器件导通，同时下桥臂中对应的一个功率器件也导通。转子旋转1 2 0 。电 角度所用的时间就是每相绕组中有连续电流通过的时间。如图2 2 所示。 图2 2 无刷直流电机驱动电路 f i g 2 2b r u s h l e s sd c m o t o rd r i v ec i r c u i t 无刷直流电机换相时刻与反电势过零点对应关系如图2 3 所示。阴影区表示电 流导通区，三相梯形波反电势的相位互差1 2 0 。电角度，在一个周期中得到6 个换 相点分别滞后相应反电势过零点3 0 。电角度，即6 个离散的转子位置信号，通过 电机内置的位置传感器为逻辑开关电路提供正确的换相信息，完成对无刷直流电 机的速度调节。 基于l a b v i e w 的无刷直流电机智能控制研究 l llh 霸搦飘。 珏 场p 车 7 i ： ： ii li ： ： ： ii ii ： ： l 锚l i 叫l 酗酗怔 图2 3 电机换相时刻原理图 功率晶体管接成如图2 2 桥式开关电路，采用三相星型桥式电路的通电方式， 三相电枢绕组与各晶体管导通顺序的关系如表2 1 所示。 表2 1 功率晶体管导通顺序表 t a b 2 1p o w e rt r a n s i s t o rt u r n - o r d e rt a b l e 电角度0 1 7 r2 耳2 万4 万4 i r 5 7 r 堑2 万万石 3 3333333 abc 导电顺序 b cab t 1 一导通一 t 2一导通一 t 3一导通一 t 4一导通一 t 5 一导通一一导通一 t 6一导通一 9 第2 章无刷直流电机数学模型 2 3 微分方程模型 囊 = 喜昙墨 差 + l j _ - 工- 三m j l 丢r u 乏c j l + 圣 c 2 - ) 图2 4 无刷直流电机等效原理图 h g 2 4e q u i v a l e n td i a g r a mo f b r u s h l c s sd c m o t o r 在无刷直流电机控制系统的实际应用中，大多采用定子绕组为y 接，由于中 性点的不引出，这给相电压的直接测量造成了困难。在某些控制系统中，通常情 l o 基于ia b 、佃| w 的无刷直流电机智能控制研究 刚互酬批m - lm - l 渊井e a - e n ( 2 2 ， 霉= 盟警 ( 2 3 ) c 一电磁转矩5 q 一电机机械角速度。 当无刷直流电机满足以下情形：工作在1 2 0 。导通下，定子绕组形式是三相y 接，有且仅有两相有电流流过，且大小相等，方向相反，忽略换相暂态过程，则 转矩可以用另一种方程表示： 乃= 2 眠= 砗f ( 2 4 ) 一每相绕组匝链永磁磁链的最大值； p 一电机极对数； 群一电机转矩系数； f 一稳态时的绕组相电流； 纸= 2 n s b , , , ( 2 5 ) 绕组匝数； s 一绕组在定子内径表面围成的面积； 瓯一转子永磁体气隙磁密分布的最大值； 由电压方程和转矩方程，引入电机运动的方程： 第2 章无刷直流电机数学模型 乙一互：，票+ 鼠q ( 2 6 ) z 一负载转矩。 j 一转子转动惯量。 昱，一黏滞摩擦系数。 2 4 传递函数模型 控制理论经常使用的、重要的概念就是传递函数，在自动控制领域中运用传 递函数的数学模型非常多，一些系统分析方法及控制方法诸如根轨迹法和频率响 应分析法等都是基于传递函数的基础上发展起来的 7 - 9 1 。 本文在无刷直流电机传递函数的基础之上，分析电机工作特性，完成设计电 机控制系统，它与传统的有刷直流电机的区别是，无刷直流电机每相电枢绕组通 电取决于位置传感器检测转子的不同位置，课题使用电机的相数设计为三相。对 于反电势和电磁转矩生成的过程及原理，与传统的有刷直流电机每相电枢绕组导 通时完全相同，所以它们有着相似的分析过程。 以定子绕组两两通电方式、三相全桥驱动的无刷直流电机为例，从母线电压 和角速度之间的关系推导其传递函数。每个电气周期电机运行都要经历6 次换相。 每两相定子绕组持续6 0 。电角度导通的状态。三相绕组由于二极管续流的作用在 换相过程中均有电流流通。只有关断相的电流变为0 时，二极管才会停止续流的 状态，这个时候换相过程才算结束，电机又重新处于新的两相导通状态。在换相 过程中产生的换相转矩脉动，对于无刷直流电机是重要的动态过程。在电机稳态 分析和传递函数推导中为了简化计算不予考虑电机的换向过程，这个过程对电气 量的有效值产生的影响较小，而且时间相对短暂。近似考虑只有两相绕组导通， 以a 相、b 相绕组稳态导通为例，其电流大小相等、方向相反。忽略反电势的梯 形斜边，不考虑换相暂态过程，则、的大小相等，符号相反，有： 1 2 基于l a b v i e w 的无刷直流电机智能控制研究 l ”一口= 2 只f + 2 ( t - m ) 堕d t + ( e 一- e a ) = 一= i l 亟：一生：堕 ld t d t西 ( 2 7 ) “一口= u a = 2 r i + 2 ( 一m ) 堕d t + 2 = 吃f + 乞罢+ 恕q ( 2 8 ) 一直流母线电压。 乞一绕组线电阻，乞= 2 r 。 厶一绕组等效线电感，厶= 2 ( l - m ) ； 乞一线反电势系数，屯= 2 p = 4 p n s b m ； 将式( 2 4 ) 带入式( 2 6 ) 中得到： 空载情况的电枢电流为： 砗f 一互= ，d _ 出_ g q + 鼠q 江塑+ 旦q k td t k t 将式( 2 1 0 ) 代入式( 2 8 ) 中，得到： ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) = 乞jd o + 乏q ) + 厶丢( 丢等+ 乏q ) + 也q c 2 ， 因此可以写成： = 等窘+ 华警+ 宅笋q 汜 进行拉普拉斯变换并整理，得到无刷直流电机的传递函数： 嘶) = 踹= 丽可耳南可鬲雨 旺 根据上述推导过程，可建立无刷直流电机的系统结构图，如图2 4 所示。 1 3 第2 章无刷直流电机数学模型 得： 图2 5 无刷直流电机系统结构图 f i g 2 5b r u s h l e s sd cm o t o rs y s t e ms t r u c t u r e 式( 2 1 3 ) 所示的传递函数是一个二阶系统，将其整理为二阶系统的标准形式 式中：绋= 一二阶系统的自然频率； ( 2 1 4 ) 毒：一11 = 当喜丝鳖一二阶系统的阻尼比( 或相对阻尼系数) 。 。2 乞，( 乞e + 恕巧) 无刷直流电机二阶系统的特征方程的两个根为：而2 = 一纸士吃孝2 一l ，q 、 毛两个参数同时决定系统的时间响应，对于单位阶跃响应，响应曲线包络线的收 敛速度是由国。决定，收敛得越快国。值越大；响应曲线的形状和特征根的性质取决 于写的大小，当o o g ( x ) = 专g ( 石) = 瓦e x 一e - x g ( x ) ：g - ( ) 甙x )g 2 t o ，工o 不可微，类阶跃，正可微，类阶跃，正可微，类阶跃，零均 特征可微，类脉冲 值值值 3 2 3 神经网络的类型 神经网络从网络的结构考虑，可以分为前向网络、反向网络；从学习方式考 虑，则可分为有教师学习网络、无教师学习网络；从网络性能考