一種水泵用六相無刷直流電機及其分數階pi轉速控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種水泵用六相無刷直流電機的分數階PI轉速控制器，包括用于根據水泵用六相無刷直流電機的給定轉速以及實測轉速得到轉速偏差的第一加法器、用于調整分數階PI轉速控制器的比例參數的比例控制模塊、用于調整分數階PI轉速控制器的積分參數的積分控制模塊、用于確定分數階PI轉速控制器的積分階次的零極點增益模塊以及第二加法器。本實用新型不僅能夠通過改變比例參數和積分參數來調整輸出控制量，還能夠改變分數階的階次來調整控制精度，控制精度高；且由于分數階控制屬于非線性控制，相比普通PI控制更能滿足水泵用六相無刷直流電機的調速系統的控制需求。本實用新型還提供了一種包括上述分數階PI轉速控制器的水泵用六相無刷直流電機。
【專利說明】
-種水累用六相無刷直流電機及其分數階PI轉速控制器
技術領域
[0001] 本實用新型設及電機轉速控制技術領域，特別是設及一種水累用六相無刷直流電 機及其分數階PI轉速控制器。
【背景技術】
[0002] 隨著生產技術的迅速發展，水累用六相無刷直流電機越來越多地應用到生產生活 中來，而如今由于工業生產需求的不斷提升，人們對水累用六相無刷直流電機的轉速控制 的控制精度提出了更高的要求。
[0003] 目前，水累用六相無刷直流電機的采用的是普通PI控制器來對轉速進行控制，具 有結構簡單、易于實現等優點。但是，由于PI控制是一種線性控制，而水累用六相無刷直流 電機具有非線性的特點，需要控制的參數很多，PI控制器對轉速的控制無法達到要求，控制 精度低。
[0004] 因此，如何提供一種控制精度高的水累用六相無刷直流電機及其分數階PI轉速控 制器是本領域技術人員目前需要解決的問題。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型的目的是提供一種水累用六相無刷直流電機及其分數階PI轉速控制 器，不僅能夠通過改變比例參數和積分參數來調整輸出控制量，還能夠改變分數階的階次 來調整控制精度，控制精度高。
[0006] 為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種水累用六相無刷直流電機的分數階 PI轉速控制器，包括用于根據所述水累用六相無刷直流電機的給定轉速W及實測轉速得到 轉速偏差的第一加法器、用于調整所述分數階PI轉速控制器的比例參數的比例控制模塊、 用于調整所述分數階PI轉速控制器的積分參數的積分控制模塊、用于確定所述分數階PI轉 速控制器的積分階次的零極點增益模塊W及第二加法器;其中：
[0007] 所述第一加法器的正輸入端為所述分數階PI轉速控制器的給定轉速輸入端，所述 第一加法器的負輸入端為所述分數階PI轉速控制器的實測轉速輸入端;所述第一加法器的 輸出端分別與所述比例控制模塊的輸入端W及所述積分控制模塊的輸入端相連；
[000引所述積分控制模塊的輸出端與所述零極點增益模塊的輸入端相連；
[0009]所述第二加法器的正輸入端與所述比例控制模塊的輸出端相連;所述第二加法器 的負輸入端與所述零極點增益模塊的輸出端相連，所述第二加法器的輸出端作為所述分數 階PI轉速控制器的輸出端。
[0010] 優選地，還包括；
[0011] 用于對所述分數階PI轉速控制器的輸出控制量進行微調的傳遞函數模塊，所述傳 遞函數模塊的輸入端與所述零極點增益模塊的輸出端相連，所述傳遞函數模塊的輸出端與 所述第二加法器的負輸入端相連。
[0012] 優選地，所述比例控制模塊與所述積分控制模塊為乘法器。
[0013] 為解決上述技術問題，本實用新型還提供了一種水累用六相無刷直流電機，包括 W上任一項所述的分數階PI轉速控制器。
[0014] 本實用新型提供了一種水累用六相無刷直流電機及其分數階PI轉速控制器，與普 通PI控制在整數階的層面上僅通過比例參數W及積分參數進行控制相比，本實用新型提供 的分數階PI轉速控制器是在分數階次的層面上對輸出控制量進行調整，即本實用新型不僅 能夠通過改變比例參數和積分參數來調整輸出控制量，還能夠改變分數階的階次來調整控 制精度，本實用新型中通過零極點增益模塊能夠得出使輸出控制量精度最高的積分階次， 從而提高了控制精度;另外，由于在分數階次的層面上進行控制屬于非線性控制，相比普通 PI控制更能滿足水累用六相無刷直流電機的調速系統的控制需求。
【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對現有技術和實施例 中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的 一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可W根據運 些附圖獲得其他的附圖。
[0016] 圖1為本實用新型提供的一種水累用六相無刷直流電機的分數階PI轉速控制器的 結構示意圖；
[0017] 圖2為本實用新型提供的一種水累用六相無刷直流電機的分數階PI調速系統的結 構示意圖；
[0018] 圖3為本實用新型提供的一種水累用六相無刷直流電機的分數階PI調速系統的仿 真模型結構示意圖；
[0019] 其中，圖3中：
[0020] speed-Fpi-分數階PI轉速控制器、Reference Current-參考電流模塊，IGBT inv&rter-逆變器模塊、dianjizhuti-電機主體模塊。
【具體實施方式】
[0021] 本實用新型的核屯、是提供一種水累用六相無刷直流電機及其分數階PI轉速控制 器，不僅能夠通過改變比例參數和積分參數來調整輸出控制量，還能夠改變分數階的階次 來調整控制精度，控制精度高。
[0022] 為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新 型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施 例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于 本實用新型保護的范圍。
[0023] 本實用新型提供了一種水累用六相無刷直流電機的分數階PI轉速控制器，參見圖 1所示，圖1為本實用新型提供的一種水累用六相無刷直流電機的分數階PI轉速控制器的結 構示意圖；
[0024] 該分數階PI轉速控制器包括用于根據水累用六相無刷直流電機的給定轉速W及 實測轉速得到轉速偏差的第一加法器11、用于調整分數階PI轉速控制器的比例參數的比例 控制模塊12、用于調整分數階PI轉速控制器的積分參數的積分控制模塊13、用于確定分數 階PI轉速控制器的積分階次的零極點增益模塊H(Zero-POle)W及第二加法器15;其中：
[0025] 第一加法器11的正輸入端為分數階PI轉速控制器的給定轉速輸入端，第一加法器 11的負輸入端為分數階PI轉速控制器的實測轉速輸入端;第一加法器11的輸出端分別與比 例控制模塊12的輸入端W及積分控制模塊13的輸入端相連；
[0026] 積分控制模塊13的輸出端與零極點增益模塊14的輸入端相連；
[0027] 第二加法器15的正輸入端與比例控制模塊12的輸出端相連;第二加法器15的負輸 入端與零極點增益模塊14的輸出端相連，第二加法器15的輸出端作為分數階PI轉速控制器 的輸出端。
[00%]可W理解的是，分數階PI轉速控制器與整數階PI轉速控制器的控制理論相似，均 是通過給定轉速和實測轉速的差值來進行調節的，是一種有差調節，即運兩種控制器均是 W轉速誤差e(t)作為變量的。只是分數階PI轉速控制器可W設置的參數更多。其中，分數階 PI轉速控制關系式為：
[0029]
[0030] Ut為分數階PI轉速控制器的輸出控制量，Kp為比例參數，Ki為積分參數，0為積分階 次。
[0031] 另外，通過實驗可知，與普通PI控制相比，本實用新型提供的分數階PI轉速控制能 夠更早達到穩定狀態且超調量更小。
[0032] 其中，零極點增益模塊14在確定積分階次即寸，需要將^ ((6￡[0.1,0.9]，步長為 0.1，誤差為3化)的逼近關系式分別輸入零極點增益模塊14,然后通過在相同的條件下比較 輸出結果的轉速和轉矩的波形，選擇控制精度最高的輸出結果所對應的階次作為分數階PI 轉速控制器的積分階次。例如，e可W為0.8,當然，工作人員可根據實際實驗結果得出如勺具 體數值，本實用新型對此不作特別限定。
[0033] 其中，逼近關系式為：
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[00；3 引
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 作為優選地，該分數階PI轉速控制器還包括：
[0044] 用于對分數階PI轉速控制器的輸出控制量進行微調的傳遞函數模塊16(Transfer Fcn)，傳遞函數模塊16的輸入端與零極點增益模塊14的輸出端相連，傳遞函數模塊16的輸 出端與第二加法器15的負輸入端相連。
[0045] 可W理解的是，通過傳遞函數模塊16對零極點增益模塊14的輸出結果進行微調， 能夠對信號進行增強，使得輸出的信號波形更符合要求。
[0046] 其中，運里的比例控制模塊12與積分控制模塊13為乘法器。
[0047] 可W理解的是，乘法器的作用是使控制量與乘法器內預設的量化因子相乘，從而 達到調制分數階PI轉速控制器的輸出控制量的目的。其中，比例控制模塊12內預設的量化 因子為比例參數，積分控制模塊13內預設的量化因子為積分參數，比例參數和積分參數的 具體數值由實驗計算得出，本實用新型對此不作限定。
[0048] 本實用新型提供了一種水累用六相無刷直流電機及其分數階PI轉速控制器，與普 通PI控制在整數階的層面上僅通過比例參數W及積分參數進行控制相比，本實用新型提供 的分數階PI轉速控制器是在分數階次的層面上對輸出控制量進行調整，即本實用新型不僅 能夠通過改變比例參數和積分參數來調整輸出控制量，還能夠改變分數階的階次來調整控 制精度，本實用新型中通過零極點增益模塊能夠得出使輸出控制量精度最高的積分階次， 從而提高了控制精度;另外，由于在分數階次的層面上進行控制屬于非線性控制，相比普通 PI控制更能滿足水累用六相無刷直流電機的調速系統的控制需求。
[0049] 本實用新型還提供了一種水累用六相無刷直流電機，包括W上分數階PI轉速控制 器。
[0050] 可W理解的是，本實用新型中的分數階PI轉速控制器是設置于水累用六相無刷直 流電機的調速系統中的，故該調速系統為分數階PI調速系統，參見圖2和圖3所示，圖2為本 實用新型提供的一種水累用六相無刷直流電機的分數階PI調速系統的結構示意圖；圖3為 本實用新型提供的一種水累用六相無刷直流電機的分數階PI調速系統的仿真模型結構示 意圖；。
[0051] 需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一 個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示運些實體或操作之 間存在任何運種實際的關系或者順序。而且，術語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在 涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些 要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為運種過程、方法、物品或者設 備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個……"限定的要素，并不排除 在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0052] 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新 型。對運些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定 義的一般原理可W在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現。因 此，本實用新型將不會被限制于本文所示的運些實施例，而是要符合與本文所公開的原理 和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1. 一種水栗用六相無刷直流電機的分數階PI轉速控制器，其特征在于，包括用于根據 所述水栗用六相無刷直流電機的給定轉速以及實測轉速得到轉速偏差的第一加法器、用于 調整所述分數階PI轉速控制器的比例參數的比例控制模塊、用于調整所述分數階PI轉速控 制器的積分參數的積分控制模塊、用于確定所述分數階PI轉速控制器的積分階次的零極點 增益模塊以及第二加法器;其中： 所述第一加法器的正輸入端為所述分數階PI轉速控制器的給定轉速輸入端，所述第一 加法器的負輸入端為所述分數階PI轉速控制器的實測轉速輸入端;所述第一加法器的輸出 端分別與所述比例控制模塊的輸入端以及所述積分控制模塊的輸入端相連； 所述積分控制模塊的輸出端與所述零極點增益模塊的輸入端相連； 所述第二加法器的正輸入端與所述比例控制模塊的輸出端相連;所述第二加法器的負 輸入端與所述零極點增益模塊的輸出端相連，所述第二加法器的輸出端作為所述分數階PI 轉速控制器的輸出端。2. 根據權利要求1所述的分數階PI轉速控制器，其特征在于，還包括： 用于對所述分數階PI轉速控制器的輸出控制量進行微調的傳遞函數模塊，所述傳遞函 數模塊的輸入端與所述零極點增益模塊的輸出端相連，所述傳遞函數模塊的輸出端與所述 第二加法器的負輸入端相連。3. 根據權利要求1所述的分數階PI轉速控制器，其特征在于，所述比例控制模塊與所述 積分控制模塊為乘法器。4. 一種水栗用六相無刷直流電機，其特征在于，包括如權利要求1-3中任一項所述的分 數階PI轉速控制器。
【文檔編號】H02P6/06GK205584053SQ201620256416
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】龍駒
【申請人】西華大學