2020年3月27日，由電子發(fā)燒友網(wǎng)主辦的2020年第三屆無刷直流電機控制技術(shù)研討會在線上成功舉行。會上，電機控制工程師黃天省介紹了無傳感器、無反電動勢檢測的智能自適應(yīng)算法控制方式，來直接驅(qū)動無刷直流電機。
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無刷直流電機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、功率密度高、調(diào)速性能和機械特性好等特點，得到越來越廣泛的應(yīng)用。它是一個非線性、多變量、強耦和的系統(tǒng)，因而采用傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制方式很難滿足實際需求。針對于這一問題，采用智能自適應(yīng)控制方法直接驅(qū)動是較好的解決方案。
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黃天省認為，傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制存在四大基本問題：第一，需要復雜的離線訓練。第二，辨識所需的充分激勵信號和系統(tǒng)平穩(wěn)運行的矛盾。第三，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)假設(shè)。第四，實際應(yīng)用中，模型的收斂性和系統(tǒng)穩(wěn)定性無法保證。另外，傳統(tǒng)自適應(yīng)控制方法中假設(shè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的信息，在處理非線性、變結(jié)構(gòu)或大時間延遲時很難適用。

無刷直流電機的智能控制種類有哪些？

無刷直流電機的智能控制主要包括以下三種類型：
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無刷直流電機模型參考自適應(yīng)控制（MRAC）
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????????? 模型參考自適應(yīng)控制（MRAC）是目前應(yīng)用最成熟的一種自適應(yīng)控制方式，MRAC的基本原理就是讓被控對象的輸出與參考模型產(chǎn)生期望的性能指標相一致，MRAC具有不需要控制對象的精準數(shù)據(jù)模型、也無需進行參數(shù)辨識、且容易實現(xiàn)和自適應(yīng)速度快的優(yōu)點。缺點是對負責的快速變化比較敏感，為此可以將其他控制方法與MRAC相結(jié)合以獲得更好的控制性能。
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無刷直流電機模糊控制
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????????? 模糊控制具有不依賴于對象模型，用語言變量描述系統(tǒng)特點，并依據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)信息和模糊控制規(guī)則進行推理以獲得控制量，因而具有動態(tài)響應(yīng)好、超調(diào)小、硬件的實現(xiàn)比較簡單、魯棒性強的特點。
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????????? 有模糊PID控制、模糊PID雙控制、模糊PID自適應(yīng)控制。
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無刷直流電機的其他智能控制方法
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????????? 智能控制方法還有魯棒控制、自抗擾控制等。自抗擾控制（ADRC）是一種不依賴于系統(tǒng)模型的新型非線性控制器，具有超調(diào)低，收斂速度快、精度高、抗干擾能力強、算法簡單等特點。

為什么智能自適應(yīng)方式可以直接驅(qū)動無刷電機？

黃天省指出，對于無霍爾、無反電動勢采樣，驅(qū)動無刷電機可采用智能自適應(yīng)的方式直接驅(qū)動。即：在編制程序時，給出控制邏輯、控制策略，自動執(zhí)行。這其中需要進行啟發(fā)式程序設(shè)計，自動推理和決策這些問題求解過程與人腦的思維過程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。
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區(qū)別于傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制是通過及時修正自已（MCU輸出信號）的特性以適應(yīng)對象和擾動的動態(tài)特性變化，使整個控制系統(tǒng)始終獲得最優(yōu)、最滿意的性能。智能自適應(yīng)是智能和自適應(yīng)的結(jié)合體，以發(fā)揮各自優(yōu)勢。
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他表示，無刷電機的本質(zhì)是基于法拉第電磁感應(yīng)定律的，而變化的電磁信號正對于無刷電機的不同狀態(tài)：啟動、停止、加速度、穩(wěn)定速度等，都和電壓、電流、相位角度等相關(guān)。智能自適應(yīng)就是讓MCU自行產(chǎn)生實測最佳控制邏輯，且自動推理和決策自行產(chǎn)生相適應(yīng)的驅(qū)動信號，從而可以直接驅(qū)動無刷電機。由于這些信號都是通過最優(yōu)化、最滿意的實測取得，所以效率更高、能耗更低、成本更低、經(jīng)濟效益好。

智能自適應(yīng)驅(qū)動的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

采用智能自適應(yīng)驅(qū)動的方式，具有以下四大優(yōu)勢：
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????????? 無霍爾傳感器光、電傳感器、編碼器等，節(jié)約成本，簡化布線，提高可靠性。
????????? 無采集反電動勢電路，無需比較器、A/D轉(zhuǎn)換等編程。節(jié)約成本，簡化布線，減少編程工作量，精簡程序，執(zhí)行效率更高效，減少軟件BUG存在的可能。
????????? 直接驅(qū)動，排除了由于傳感器損壞，反電動勢尖峰脈沖導致?lián)Q相異常的可能，進一步提高可靠性、穩(wěn)定性、耐用性。
????????? 高效率、高性能、低成本，經(jīng)濟效益好。
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黃天省補充，盡管智能自適應(yīng)驅(qū)動有以上優(yōu)勢，但是現(xiàn)在仍存在一些挑戰(zhàn)，例如：
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????????? 前期編程調(diào)試工作量大，需要通過海量的測試，以找出最佳、最滿意的自啟發(fā)式程序設(shè)計，自動推理和決策。
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????????? 由于不可預測的量太多，總有考慮不周的存在，需要經(jīng)過多次長期的反復驗證，才能確定其可靠性、穩(wěn)定性。
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????????? 過載性能較差，只適合輕負載場合，使其應(yīng)用受到了一定的限制。
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????????? 調(diào)速范圍較小，如需要更寬的調(diào)速，則會需要翻倍的最佳化測試工作和更大的內(nèi)置程序空間以放置大量的對應(yīng)的控制算法程序。

展望

智能自適應(yīng)驅(qū)動由于是長期尋找最佳、最滿意的控制策略，經(jīng)過長期的技術(shù)積累、優(yōu)化和反復測試、驗證，可靠性、程序效率也會進一步提高。未來，將會產(chǎn)生更多更好的控制方法，進一步提高智能自適應(yīng)驅(qū)動的應(yīng)用，在重載應(yīng)用方面都會有全新的突破，將在未來的無刷電機驅(qū)動中廣泛應(yīng)用。

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