[发明专利]基于模糊PI的小型船用电力无刷直流推进电机控制系统

说明书

本发明公开了一种基于模糊PI的小型船用电力无刷直流推进电机控制系统该系统基于模糊PI的小型船用电力无刷直流推进电机控制系统，能够克服小型船舶电力无刷直流推进电机采用传统PI控制器中动静态性能不佳、鲁棒性不强、调速性能差等缺点，本发明结合模糊控制理论提出了模糊自适应PI控制算法，通过模糊逻辑控制对参数进行在线调节，根据电机不同的运行状态采用不同的PI参数，实验结果表明模糊PI控制有着更好的响应性能，在超调、响应速度、稳态精度等方面均优于传统的PI控制，并且本系统增加了以Matlab为核心自主设计GUI的上位机监控界面。

技术领域

本发明涉及小型船的电机控制领域，尤其涉及一种基于模糊PI的小型船用电力无刷直流推进电机控制系统。

背景技术

随着现代控制理论、计算机科学、电力电子等技术的高速发展，传统的船舶行业也逐渐向智能化、自动化和集成化方向发展。其中，小型船舶是航运业发展的中坚力量和货物运输的主要载体，因此在国民经济的发展中发挥着至关重要的作用。而电力推进装置是小型船舶的重要组成部分，无刷直流电机又具有结构简单、机械特性好、耐用等优点，从而在小型船舶电力推进装置中有着广泛地应用。近年来，海上环境污染日趋严重，为了打造环保海上丝绸之路，国家提出了节能减排的政策。其中，航运业作为国家重要的经济命脉，各个航运公司和沿海周边渔民都积极响应，通过对小型船舶动力推进部分采用电力推进的方式替代传统的柴油动力系统来减少燃油尾气排放，降低环境污染。而无刷直流电机以其结构简单、功耗低、转速高、换相可靠、机械特性简单以及调速特性好等优点被广泛地作为小型船舶的推进电机。但在实际应用中，小型船用电力无刷直流推进电机控制器多以DSP、FPGA等为主控制芯片，本身具有编程开发困难、灵活不高、兼容性差等缺点。而且DSP、FPGA价格昂贵，无疑增加了航运企业和渔民的购买成本、降低了其运营收入。而STM32控制芯片具有性能高、成本低、功耗低、编程开用库开发、易于上手等显著优点，因此小型船用电力无刷直流推进电机控制器采用STM32为主控芯片代替昂贵的DSP、FPGA控制芯片。而且传统控制器的设计多采用经典的PI控制算法，具有控制方法简单、易于实现等优点，但由于无刷直流电机本身具有分线性、强耦合等特点，因此很难达到预期控制效果。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了基于模糊PI的小型船用电力无刷直流推进电机控制系统，包括：

与无刷直流推进电机相连接用于检测该电机转子的位置信号的三相霍尔传感器；

接收所述三相霍尔传感器传送的霍尔位置信号的主控模块，所述主控模块将接收到的霍尔位置信号转换成无刷直流推进电机的反馈转速值ω、将给定转速值ω^*与反馈转速值ω做差计算出速度误差e(k)，通过模糊PI控制算法对无刷直流推进电机进行调节控制：首先判断速度误差e(k)是否大于设定的阈值，如果大于阈值则推算出误差变化率ec，将速度误差e(k)和误差的变化率ec量化到模糊论域中通过模糊控制器进行模糊推理和解模糊处理，如果小于阈值则对无刷直流推进电机的转速进行控制和调节从而输出电流PI控制器的参考值；

所述主控模块通过人机交互接口与GUI上位机监控界面相连接。

所述主控模块包括用于采集滑动变阻器上电压信息的AD采样接口、速度模糊PI控制模块、电流PI控制模块和PWM调制及换相模块；所述AD采样接口将模拟电压信号转换成数字信号作为转速的给定值、将其转速计算模块计算出的反馈速度值做差计算出速度误差e(k)并传送至速度模糊PI控制模块中，所述速度模糊PI控制模块采用模糊处理方式进行数据处理将计算出的电流环的电流参考值i^*(k)传送至电流PI控制模块中，所述电流PI控制模块与PWM调制及换相模块相连接。