[发明专利]水泵用九相无刷直流电机调速系统及其并联式转速控制器

摘要

本发明公开了一种水泵用九相无刷直流电机的并联式转速控制器，包括第一加法器、模糊PID转速控制模块、分数阶PID转速控制模块、用于根据水泵用九相无刷直流电机的负载状态生成不同的指示信号的绝对值模块以及用于在指示信号表示负载状态为有载时，控制模糊PID转速控制模块的输出端作为并联式转速控制器的输出端，在指示信号表示负载状态为空载时，控制分数阶PID转速控制模块的输出端作为并联式转速控制器的输出端的选择开关。本发明能够根据负载需要来选择合适的控制方式来进行转速控制，提高了对转矩脉动的抑制效果以及对转速增高/降落的优化效果。本发明还公开了一种水泵用九相无刷直流电机调速系统，包括以上并联式转速控制器，也具有上述效果。

主权项

一种水泵用九相无刷直流电机的并联式转速控制器，其特征在于，包括第一加法器、模糊PID转速控制模块、分数阶PID转速控制模块、用于根据所述水泵用九相无刷直流电机的负载状态生成不同的指示信号的绝对值模块以及选择开关；其中：所述第一加法器的正输入端为所述并联式转速控制器的给定转速输入端，所述第一加法器的负输入端为所述并联式转速控制器的实测转速输入端；所述第一加法器的输出端分别与所述模糊PID转速控制模块的输入端以及所述分数阶PID转速控制模块的输入端相连；所述模糊PID转速控制模块的输出端与所述选择开关的第一动端相连，所述分数阶PID转速控制模块的输出端与所述选择开关的第二动端相连；所述绝对值模块的输入端与所述水泵用九相无刷直流电机的负载模块相连，所述绝对值模块的输出端与所述选择开关的控制端相连；所述水泵用九相无刷直流电机的并联式转速控制器还包括：第一限幅模块，所述第一限幅模块的输入端与所述选择开关的不动端相连，所述第一限幅模块的输出端为所述并联式转速控制器的输出端；所述选择开关用于在所述指示信号表示所述负载状态为有载时，控制所述模糊PID转速控制模块的输出端作为所述第一限幅模块的输入端，在所述指示信号表示所述负载状态为空载时，控制所述分数阶PID转速控制模块的输出端作为所述第一限幅模块的输入端；所述模糊PID转速控制模块包括用于对比例参数、积分参数以及微分参数进行调整的模糊PID参数整定控制器、积分模块、第一微分模块、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器以及第二加法器，其中：所述第一加法器的输出端分别与所述模糊PID参数整定控制器的输入端、所述第一乘法器的第二输入端、所述积分模块的输入端以及所述第一微分模块的输入端相连；所述积分模块的输出端与所述第二乘法器的第二输入端相连，所述第一微分模块的输出端与所述第三乘法器的第二输入端相连；所述模糊PID参数整定控制器的比例参数输出端与所述第一乘法器的第一输入端相连，所述模糊PID参数整定控制器的积分参数输出端与所述第二乘法器的第一输入端相连，所述模糊PID参数整定控制器的微分参数输出端与所述第三乘法器的第一输入端相连；所述第一乘法器的输出端、所述第二乘法器的输出端以及所述第三乘法器的输出端分别与所述第二加法器的三个输入端对应相连；所述第二加法器的输出端为所述模糊PID转速控制模块的输出端；所述模糊PID参数整定控制器包括第二微分模块、放大系数乘法器、微分放大系数乘法器、第二限幅模块、第三限幅模块、零点保持器、模糊逻辑控制器、初始比例参数控制模块、初始积分参数控制模块、初始微分参数控制模块、比例参数整定放大模块、积分参数整定放大模块、微分参数整定放大模块和三个第四加法器；所述放大系数乘法器和所述第二微分模块的输入端分别连接所述模糊PID参数整定控制器的输入端；所述放大系数乘法器的输出端连接所述第二限幅模块的输入端；所述第二微分模块的输出端连接所述微分放大系数乘法器的输入端；所述微分放大系数乘法器的输出端连接所述第三限幅模块的输入端；所述第二限幅模块和所述第三限幅模块的输出端相连后与所述零点保持器的输入端连接；所述零点保持器的输出端连接所述模糊逻辑控制器的输入端；所述模糊逻辑控制器的输出端分别连接所述比例参数整定放大模块、所述积分参数整定放大模块、所述微分参数整定放大模块的输入端；预设常量分别输入至所述初始比例参数控制模块、所述初始积分参数控制模块、所述初始微分参数控制模块的输入端；所述初始比例参数控制模块和所述比例参数整定放大模块的输出端通过一个第四加法器相加后作为比例输出端；所述初始积分参数控制模块和所述积分参数整定放大模块的输出端通过一个第四加法器相加后作为积分输出端；所述初始微分参数控制模块和所述微分参数整定放大模块的输出端通过一个第四加法器相加后作为微分输出端；所述分数阶PID转速控制模块包括比例参数控制模块、积分参数控制模块、微分参数控制模块、用于获得接近给定积分阶次的实际积分阶次，并根据所述实际积分阶次对输入信号进行变化步调调整的分数阶积分滤波器模块、用于获得接近给定微分阶次的实际微分阶次，并根据所述实际微分阶次对输入信号进行振荡调整的分数阶微分滤波器模块以及第三加法器；所述分数阶PID转速控制模块还包括：用于对所述分数阶PID转速控制模块进行整体微调的全局比例放大控制模块，所述全局比例放大控制模块的输入端与所述第一加法器的输出端相连，所述全局比例放大控制模块的输出端分别与所述比例参数控制模块的输入端、所述积分参数控制模块的输入端以及所述微分参数控制模块的输入端相连；所述积分参数控制模块的输出端与所述分数阶积分滤波器模块的输入端相连；所述微分参数控制模块的输出端与所述分数阶微分滤波器模块的输入端相连；所述比例参数控制模块的输出端、所述分数阶积分滤波器模块的输出端以及所述分数阶微分滤波器模块的输出端分别与所述第三加法器的三个输入端对应相连，所述第三加法器的输出端为所述分数阶PID转速控制模块的输出端；所述分数阶积分滤波器模块包括用于使所述实际积分阶次逼近所述给定积分阶次，并按照所述实际积分阶次对输入信号进行变化步调调整的积分逼近模块以及用于对所述积分逼近模块的输出信号进行微调的积分惯性模块；所述积分逼近模块的输入端为所述分数阶积分滤波器模块的输入端，所述积分逼近模块的输出端与所述积分惯性模块的输入端相连，所述积分惯性模块的输出端为所述分数阶积分滤波器模块的输出端；所述分数阶微分滤波器模块包括用于使所述实际微分阶次逼近所述给定微分阶次，并按照所述实际微分阶次对输入信号进行振荡调整的微分逼近模块以及用于对所述微分逼近模块的输出信号进行微调的微分惯性模块；所述微分逼近模块的输入端为所述分数阶微分滤波器模块的输入端，所述微分逼近模块的输出端与所述微分惯性模块的输入端相连，所述微分惯性模块的输出端为所述分数阶微分滤波器模块的输出端；其中给定积分阶次在‑0.9～‑1的范围内。