基于自适应算法的特种车辆低压无刷直流电机控制方法_孙金涛.pdf

2023 1期 基于自适应算法的特种车辆低压无刷直流电机控制方法孙金涛（山东山博电机集团有限公司，山东 淄博 ）摘要：为实现对无刷直流电机的高效率控制，引进自适应算法，以特种车辆为例，设计一种针对低压无刷直流电机的全新控制方法。根据电机的运行参数，建立特种车辆低压无刷直流电机数学模型；引进 进行模糊参数的推理决策，基于“最大与最小”关系的直接推理法，设定特种车辆低压无刷直流电机模糊控制量；引进自适应算法，假设特种车辆低压无刷直流电机在运行中产生的信号以离散差分进行表示，将自适应控制过程作为微粒在粒子群空间中最优位置的检索迭代过程，设计无刷直流电机调速主动控制过程。选择某特种车辆机电开发商作为研究对象，设计对比实验，结果证明设计的控制方法，不仅可保证对电机的高效率控制，也可降低在控制过程中电机转速不稳定导致的损耗，确保电机在控制时的稳定运行。关键词：自适应算法；无刷直流电机；数学模型；低压；特种车辆中图分类号：（，）：，：；收稿日期：作者简介：孙金涛（），研究方向为特种车辆用低压直流电机与控制的设计开发等。引言无刷直流电机主要由驱动装置与电机设备协同构成，在我国技术研究领域内，此类电机属于一种结构较典型的一体化机电设备。其中的智能换相器，几乎可完全代替常规使用的机械换相器使用，且具有体积小、可靠性高、运行速度高、损耗低、效率高等优势。随着现代化电子产业的快速发展，此类电机已在航空航天、智能机器人制造、电子数控机床、特种车辆高精度构件开发等领域内得到广泛应用。我国目前在相关方面的研究成果较少，大部分电机仍采用 控制模式进行电机电流、转速等参数的集中控制，但线性控制方法存在的线性时不变问题是科研领域尚未攻克的。例如，在控制中需根据无刷直流电机在运行中的固定参数建立数学模型，在此基础上，参照整定性原则进行相关控制，但控制过程中无刷直流电机存在多种随机影响因素，导致构建的数学模型存在精准度与可靠度低的 问 题，使 得 控 制 工 作 无 法 达 到 预 期 或 理 想 的 效果。为此本文引入一种自适应算法，以特种车辆为例，设计一种新的低压无刷直流电机控制方法。理论研究电工技术 中国电工网建立特种车辆低压无刷直流电机数学模型为实现对特种车辆低压无刷直流电机的高效率控制，应在设计控制方法前，根据电机的运行参数，利用电机自身的相变量，建立 数学模型。为保证构建的模型可精准地描述或表达电机运行情况，可假设电机的磁路呈现非饱和状态，同时忽略电机涡流与磁滞等行为带来的损耗，建立针对特种车辆低压无刷直流电机在运行中的电压平衡方程：（）式中，为特种车辆低压无刷直流电机在运行中的电压；为电机运行中定子每相位绕组产生的电阻值；为定子在运行中产生的相位电流；为定子发生的互感作用；为算子微分表达式；为定子每相位反向电势。以三相绕组电机为例，构建电机在运行中的电磁矩阵方程：（）（）式中，为电机在运行中的电磁矩阵；、为三相绕组电机对应的相位；为车辆低压无刷直流电机在运行中的机械角度。参照上述计算公式，构建特种车辆低压无刷直流电机运行方程，并作为电机参数数学模型：（）式中，为电磁转矩；为电磁负载状态下的转矩；为电机运行中受到外界环境等相关因素干扰产生的影响，也可将定 义 为 电 机 运 行 阻 尼 系 数；为 电 机 运 行 惯性量。按照上述方式，完成特种车辆低压无刷直流电机数学模型的构建。设定特种车辆低压无刷直流电机模糊控制量完成上述研究后，为确保控制后特种车辆低压无刷直流电机控制工作可达到预期效果，需明确控制过程中的模糊控制量。可将此过程定义为图所示的过程。计算控制变量模糊处理处理规则模糊推理非模糊处理D/AA/D传感装置电机计算机构图 1 特种车辆低压无刷直流电机模糊图中，虚线部分为基于模糊控制器的模糊量设定过程。在设定前，明确模糊控制的核心支撑装置为控制器，可在此过程中将电机运行反馈的多个模糊信号误差设定为，将存在的信号传输到模糊控制器中，在控制器内进行误差的精细化处理。处理时，对模糊量进行加工，使误差可直接使用模糊语言进行表示。同时，建立一个针对的数据集，此时可为，。为实现对的精准化表达，引进 进行模糊参数的推理决策，此项决策是一个基于“最大与最小”关系的直接推理法。通过上述分析，可得到特种车辆低压无刷直流电机模糊控制量的计算过程：（）式中，为特种车辆低压无刷直流电机模糊控制量；为模糊量处理规则；为模糊推理决策。按照上述计算得到的具体数值，以实现对模糊控制量的设定。基于自适应算法的无刷直流电机调速主动控制在上述研究内容的基础上，引进自适应算法，设计无刷直流电机调速主动控制过程。在此过程中，假设特种车辆低压无刷直流电机在运行中产生的信号以离散差分进行表示，针对信号的增量表达式为：（）（）（）（）（）（）式中，为车辆低压无刷直流电机运行信号增量；为信号的离散差分表达方式；为信号的比例增益系数；为信号的微积分比例系数；为信号的差分系数。在进行无刷直流电机调速主动控制时，使用自适应算法，将、三个参数作为适应对应值，假设提出的三个参数为粒子群空间中的微粒，将自适应控制过程作为微粒在粒子群空间中最优位置的检索迭代过程，按照下述步骤，进行无刷直流电机转速的主动控制。第一步，对特种车辆低压无刷直流电机离散差分信号进行空间初始化处理，假设自适应空间内粒子群的规模为，空间维度数为，对粒子群的空间检索与迭代处理过程进行描述，有：（）式中，为粒子群的空间检索与迭代处理过程；为空间维度数；为待处理粒子数，本文此次研究的参数为、，因此；为空间内粒子群规模；为粒子在空间中的最大运动速度；为迭代次数；为自适应有效空间范围。第二步，引进 （）函数，对每个粒子在处理前的附加参数进行初始化处理。第三步，设定粒子在空间中的当前位置为线性空间参数，根据计算得到的模糊控制量，分析自适应调整过程中的转速误差。第四步，发送控制指令，按照转速误差进行控制过程中的参数主动补偿，从而实现对特种车辆低压无刷直流电机的自适应调速控制。对比实验以上从三个方面完成了基于自适应算法的特种车辆低压无刷直流电机控制方法的设计研究，考虑到此项研究需经过专业检验后才能正式在相关领域中投入使用，因此展电工技术理论研究2023 1期 开如下对比实验。为确保实验过程的可视化，本次对比实验选择某特种车辆机电开发商作为研究对象，在参与单位终端的操作系统中建立 版本的无刷直流电机运行数据管理库，在数据库中建立 表格，使用 来反馈特种车辆低压无刷直流电机运行过程中产生的相关数据信息。按照上述内容，完成此次实验准备工作。在此基础上，将特种 车 辆 低 压 无 刷 直 流 电 机 与 控 制 终 端 进 行 连接，然后集成电压、电流等传感装置，再对连接后的装置进行通信测试，确保整体连接通信无误。实验中，设定传感器每间隔 反馈一次特种车辆低压无刷直流电机运行数据。调试电机为初始化运行状态。先使用本文设计的基于自适应算法的电机控制方法对其运行进行控制，以电机运行速度为控制参数，建立特种车辆低压无刷直流电机数学模型，根据电机自身规格与运行条件，设定特种车辆低压无刷直流电机模糊控制量；再结合自适应算法，发送控制指令，进行无刷直流电机的调速主动控制。在上述内容的基础上，引进基于 技术的控制方法作为传统方法，对相同配置的特种车辆低压无刷直流电机进行控制。控制时，使用传感器获取电机运行状态信号，分析阵列漏磁信息，根据电机的速度变化率，使用调制方式，建立电机主动控制模型。根据前端发送的控制 指 令，使 用 此 模 型 进 行 电 机 运 行 转 速 的 调 整 与控制。控制中，第一条控制指令为“调速特种车辆低压无刷直流电机转速为 ”；当电机可保持 转速稳定运行后，发出第二条指令“调速特种车辆低压无刷直流电机转速为 ”。使用传感器反馈电机运行过程中的相关信息，记录电机的速度控制过程所需时间与控制时电机的整体变化。将传感器反馈的信息传输到监控终端，截取从“开始控制”到“电机控制后稳 定 运 行”时 段 的 参 数 变 化 曲 线，如 图、图 所示。图 2 本文控制方法转速控制效果图与图中圈出部分为电机控制时的电机转速波动过程。根据上述曲线变化可看出，本文控制方法在 完成了第一条控制指令，在 完成了第二条控制指图 3 传统控制方法转速控制效果令。传统控制方法在 完成了第一条控制指令，在 完成了第二条控制指令。从控制时间层面分析，本文研究的控制方法在实际应用中的控制效率更高，相比传统控制方法，可更高效地完成控制指令，使电机转速达到预设值。在此基础上，对控制过程中电机转速变化进行分析。采用本文控制方法进行电机转速控制时，电机转速几乎未发生显著波动，由此可知在本文控制方法的支撑下，特种车辆低压无刷直流电机控制过程几乎无振动，控制效果较理想。而使用传统方法进行电机转速控制时，电机转速需要持续 的振动才能趋近于稳定，相比本文控制方法，控制效果较差。综上所述，得出对比实验的最终结论：相比基于 技术的控制方法，本文控制方法不仅可保证对电机的高效率控制，同时可降低在控制过程中电机转速不稳定导致的损耗问题，保证控制时电机的稳定运行。结语本文开展了基于自适应算法的特种车辆低压无刷直流电机控制方法的设计研究，并通过对比实验证明了该方法具有更高的应用价值。在后续深入的研究中，可使用本文控制方法代替传统控制方法在相关领域内推广使用，为我国现代化电子领域的相关研究提供进一步的指导与帮助。参考文献 武智超，王慧，王吉亮，等基于阵列漏磁信号分析的无刷直流电机高阻接触故障诊断研究 电子测量与仪器学报，（）：边春元，邢海洋，李晓霞，等 基于速度变化率的无位置传感器无刷直流电机风力发电系统换相误差补偿策略 电工技术学报，（）：颜天文，仓思雨，顾伟超，等采用 单片机的无刷直流电机电流采样技术研究 盐城工学院学报（自然科学版），（）：李珍国，王鹏磊，孙启航，等 基于相电动势矢量定向的无刷直流电机铜耗最小化瞬时转矩控制技术中国电机工程学报，（）：詹瑜坤，罗继亮，郑力新，等 基于 网的无刷直流电机混（下转第 页）理论研究电工技术2023 1期 沉浸式三维场景渲染方法渲染出的作业虚拟环境，图为生成的虚拟工作负责人角色。由此可知，虚拟环境和虚拟角色的生成和渲染效果清晰逼真。图 7 场景渲染效果图图 8 虚拟角色渲染效果为测试系统渲染流畅度，对不同面数和节点数的场景进行渲染最大帧率对比测试。测试环境：客户端 为 ，内存为。服务器 为至强 四核，内存为 ，网络带宽为 。测试结果见表。表改进算法渲染帧数对比测试项目传统 方法 本文改进的四叉树 方法 效率提升（）个面 个节点 个面 个节点 个面 个节点 由表可知，在相同面数和节点数的情况下，改进的四叉树 方法比传统 方法的渲染帧率有较大提升，且渲染场景越复杂，改进方法的提升效果越明显。结语本文提出了一种虚拟现实电力培训系统场景渲染的改进渲染方法，通过四叉树结构将场景分为若干小块，通过迭代构造方法改进传统四叉树的递归遍历过程。在电力电缆虚拟现实仿真培训系统中的应用效果表明该渲染方法提升了参训人员在复杂的作业环境中，高频率人机交互过程中的场景渲染的实时性，满足作业过程中不同工种的不同虚拟角色的需要，且场景逼真，学员的沉浸感强烈，可很好地增强学员的培训体验，提升培训效果。参考文献 邓成俊，谭世海，汪超 基于 虚拟仿真技术的电力安全实验培训系 统 设 计 与 实 现 实验室研究与探索，（）：马士超 电力电缆故障测试仿真培训系统的设计与开发广州：华南理工大学，张良力，代林刚，柴琳 电力变压器高压试验虚拟仿真实验教学系统设计实验技术与管理，（）：，郝腾飞，刘晓，李军锋，等基于虚拟现实技术的电力企业三维培训系统设计自动化与仪器仪表，（）：吴元忠，林菁，蔡超，等基于操作票的高压开关柜实操培训 系统设计电气开关，（）：张一玫虚拟现实中 建模技术的应用研究数字技术与应用，（）：，刘一明，何晓曦，黄世贤大规模三维模型加速渲染技术的研究与应用成都信息工程大学学报，（）：孔剑虹，杨超，于晓辉，等基于视点的三维点云自适应多细节层次模型动态绘制科学技术与工程，（）：周凡视频影像增强虚