直流无刷电机的建模与辨识

无刷直流电机是随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论及新型永磁材料迅速成熟起来的一种新型电机,具有大转矩且体积小、结构简单、可靠性高的突出优点。随着永磁无刷直流电机应用领域的不断拓宽,对电机控制系统的设计要求越来越高,既要考虑成本低廉、控制算法合理,又需兼顾控制性能好、开发周期短。现实中控制系统的设计往往是在离线的情况下进行的,用什么样的模型来代替实际系统进行控制器的设计,是控制系统设计者首先应当解决的关键问题。 本文首先对无刷直流电机系统的组成、机理等进行深入研究,抓住其主要的动态特征,换相过程及其脉动特性等,根据换相过程中不同换相阶段,电机所表现出来的不同特性,把直流无刷电机系统的模型,简化成一个简单的分时段的状态空间模型。进而通过实测电机系统的转速响应,利用改进的遗传算法对该模型参数进行精确辨识。 为检验方法的有效性,我们设计了基于STM32微控制器的实时系统,硬件平台包括微控制器、功率驱动及逆变电路、电流检测电路、电压检测、电源电路、隔离电路、以及其他接口单元。通过软件编程实现了转子位置捕获、电机启动、电机换相、电流采样、速度计算、电流调节、速度调节等。基于此平台,我们获得了模型建立所需要的样本数据,进而完成了模型的参数精确辨识。后通过与常用模型的对比性实验,表明该分时段模型结构合理,参数辨识精度高。 此外,我们以该模型为基础,设计无刷电机转速控制仿真实验平台,利用常用的PID控制来验证平台的有效性,最后仿真数据与实际记录数据的比较可以证实,在仿真平台上设计的控制算法可以直接应用在实际中。