一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统的制作方法

本实用新型主要涉及无刷直流电机领域，更具体地说，涉及一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统。

背景技术：

由于转速开环的无刷直流电机调速系统在负载变化时对电动机的转速影响非常大，致使电动机的调速范围和静差率等稳定性能都比较差，难以在负载变化时保持转速的稳定来满足生产的需要。为减小上述影响，采取带转速负反馈的闭环调速控制，根据转速的偏差来自动调整逆变器的输出电压，从而保持电动机的转速稳定运行。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统，通过减法器比较给定速度和实际速度，输出偏差值到模糊PID控制器进行在线校正，实现速度的实时控制。

为解决上述技术问题，本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统包括给定速度、减法器、模糊PID控制器、逆变器、直流电源、无刷直流电机、速度传感器，通过减法器比较给定速度和实际速度，输出偏差值到模糊PID控制器进行在线校正，实现速度的实时控制。

其中，所述给定速度的输出端连接着减法器的输入端(1)；所述减法器的输出端连接着模糊PID控制器的输入端；所述模糊PID控制器的输出端连接着逆变器的输入端(1)；所述逆变器的输出端连接着无刷直流电机的输入端；所述直流电源的输出端连接着逆变器的输入端(2)；所述无刷直流电机的输出端连接着速度传感器的输入端；所述速度传感器的输出端连接着减法器的输入端(2)。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统所述模糊PID控制器采用TM320F28335浮点型数字信号处理器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统所述逆变器采用IR2136三相桥式驱动器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统所述减法器采用74LS283芯片。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统所述速度传感器采用A44E霍尔传感器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统所述无刷直流电机采用57BL55S02-212TF0电动机。

控制效果：本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统，通过减法器比较给定速度和实际速度，输出偏差值到模糊PID控制器进行在线校正，实现速度的实时控制。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统的硬件结构图。

图2为本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统的模糊PID控制器的电路图。

图3为本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统的逆变器的驱动电路的电路图。

图4为本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统的速度传感器的电路图。

图5为本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统的减法器的电路图。

图6为本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统的直流电源的电路图。

图7为本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统的逆变器的三相全桥逆变电路的电路图。

具体实施方式

具体实施方式一：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，本实施方式所述一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统包括给定速度、减法器、模糊PID控制器、逆变器、直流电源、无刷直流电机、速度传感器，通过减法器比较给定速度和实际速度，输出偏差值到模糊PID控制器进行在线校正，实现速度的实时控制。

其中，所述给定速度的输出端连接着减法器的输入端(1)，给定速度为预先设定的电动机的运转速度，提供给定速度与电动机运转的速度进行比较，控制电机的速度。

所述减法器的输出端连接着模糊PID控制器的输入端，减法器采用74LS283芯片，减法器用于将给定速度的电机标准速度与速度传感器检测到电动机的实际速度进行相减运算，得出速度的偏差值传送到模糊PID控制器进行在线修正，输出修正结果，减法器的S0、S1、S2、S3端将得出的二进制信号传送到模糊PID控制器的P12、P13、P14、P15引脚。

所述模糊PID控制器的输出端连接着逆变器的输入端(1)，逆变器用于根据模糊控制器输出的修正结果，调整输出电压的频率和幅值的波形，模糊PID控制器的P24、P25、P26引脚输出信号到逆变器的N1、N2、N3端。

所述逆变器的输出端连接着无刷直流电机的输入端，逆变器通过上下桥臂功率场效应管的导通顺序和导通时间输出脉冲波形到无刷直流电机，可以准确的控制无刷直流电机的速度，逆变器的三个桥臂上各自连接到无刷直流电机的三个控制端。

所述直流电源的输出端连接着逆变器的输入端(2)，直流电源为控制系统进行供电，逆变器可以将输入的直流电源转换成交流电源，供给电机的三相输出驱动无刷直流电机工作。

所述无刷直流电机的输出端连接着速度传感器的输入端，速度传感器用于检测电动机运转时的实际转速，实现控制器的实时控制，速度传感器检测完无刷直流电机的运转速度后通过OUT端传送到减法器。

所述速度传感器的输出端连接着减法器的输入端(2)，速度传感器检测到的电动机的实际速度，传送到减法器中进行相减比较，实现速度的闭环控制，从而实现速度的实时控制，速度传感器的OUT端与减法器的COUT端相连接。

具体实施方式二：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述模糊PID控制器采用TM320F28335浮点型数字信号处理器。TM320F28335是TI公司新推出的一款88位浮点型数字信号处理器，该款处理器是基于TMS320C2xx内核开发的，能够使处理器在工作的时候保持高效的处理能力，内部提供浮点运算及相应的函数，这样可以保证开发人员方便地实现浮点运算。在TM320F2812数字信号处理器上带有多个通用I/O引脚，其中大部分都是多路复用引脚，它们通过GPIO来选择配置要实现的具体功能。这些I/O引脚可以作为外设I/O信号使用也可以进行独立的操作。

具体实施方式三：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述逆变器采用IR2136三相桥式驱动器。IR2136是IR公司生产的高性能三相桥式驱动器，使用一路驱动电源，输出六路驱动信号，设计有完善的保护功能，稳定可靠。IR2136可工作于不高于600V电路中，上桥臂驱动电流峰值为250mA，下桥臂驱动电流峰值为500mA。CPU产生的六路PWM脉冲信号作为IR2136的输入，其中三路驱动上桥臂，三路驱动下桥臂。驱动下桥臂功率管的三路信号经功率放大后，直接被送往功率器件的控制极；而驱动上桥臂功率管的三路信号则先经过脉冲处理器和电平移位器中的自举电路进行电位变换，转为三路电路悬浮的驱动脉冲信号，再经对应的三路输出锁存器锁存，通过严格的驱动脉冲检验后，被送到输出驱动器进行功率放大，最终加到被驱动的上桥臂功率控制极。

具体实施方式四：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述速度传感器采用A44E霍尔传感器。霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应传感器A44E主要用于汽车点火器、转速、车速传感器、位置传感、齿轮传感器、ABS防抱死、电磁流量计、电量传感、接近开关等。双磁极霍尔传感器实质上也是一种开关器件，与一般霍尔开关的差别在于，它是由双磁极激发的。它比单磁极霍尔开关有更好的抗干扰能力，特别适用于多极磁环和交变磁场的场合

具体实施方式五：

结合图1、2、3、4、5、6、7说明本实施方式，所述无刷直流电机采用57BL55S02-2(1)2TF0电动机。无刷直流电动机，是一种用电子换向的小功率直流电动机，用半导体逆变器取代一般直流电动机中的机械换向器，构成没有换向器的直流电动机。这种电机结构简单，运行可靠，没有火花，电磁噪声低，广泛应用于现代生产设备、仪器仪表、计算机外围设备和高级家用电器。

本实用新型一种基于模糊PID的无刷直流电机控制系统的工作原理为：如图4所示，速度传感器(采用A44E霍尔传感器)通过小磁铁固定在转盘上，转盘与电机轴相连，同步转动，小磁铁通过霍尔传感器时，霍尔传感器产生一个相应的脉冲，计算出两个连续脉冲的间隔时间，就可以计算出被测转速，检测到电机的实际转速信号，将检测到的实际转速信号与给定转速信号通过减法器74LS283芯片进行相减运算，如图5所示，得到转速偏差信号通过S0-S4引脚输出，再经模糊PID控制器(TM320F28335浮点型数字信号处理器)产生削弱或消除偏差的控制信号(找出PID的三个参数与误差和误差变化率之间的模糊关系，在运行中不断检测误差和误差变化率，根据确定的模糊控制规则来对三个参数进行在线调整)，如图2所示；削弱或消除偏差的控制信号再经过逆变器，通过IR2136三相桥式驱动器；如图3所示，调整输出电压的频率和幅值的波形控制电机的运转，达到控制电机转速的目的。模糊PID转速控制器的选用在削弱和消除转速偏差中起着至关重要的作用，以及对电机转速稳定性能的品质都有着非同小可的影响。

虽然本实用新型已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。