18、工业4.0中的元启发式算法：无刷直流电机速度控制研究

工业4.0中的元启发式算法：无刷直流电机速度控制研究

1. 引言

永磁无刷直流（BLDC）电机在现代化控制工程应用中扮演着重要角色。全球大部分制造单位依赖BLDC电机来实现高效率和更好的可控性。值得注意的是，60%的电能由电机消耗，随着未来世界自动化程度的提高，这一比例可能会超过80%。在这样的背景下，借助元启发式优化算法实现对BLDC电机的精确速度控制至关重要。

BLDC电机的应用场景广泛，具体如下：
| 负载类型 | 应用场景 |
| ---- | ---- |
| 恒定负载 | 单主轴驱动器、BLDC吊扇、四轴飞行器、电动轮椅、笔记本和台式机散热风扇、光盘驱动电机、医疗分析仪、医疗泵、诊断设备、分配器等 |
| 可变负载 | 机械臂控制、飞机起落架、飞机机载仪器、绕线机、纺纱机、房间空调、洗衣机、空气冷却器等 |
| 定位应用 | 计算机数控机器等 |

传统的BLDC电机通过霍尔效应传感器来感知转子位置，进而为电磁定子绕组供电。然而，这些传感器增加了成本，降低了可靠性，使电机体积变大，还增加了速度控制的复杂性。为了解决这些问题，无传感器技术应运而生。无传感器BLDC电机驱动系统无需轴装位置传感器，即可在闭环反馈系统中实现有效的速度和位置控制，同时还具有重量轻、启动转矩高和尺寸紧凑等优点。此外，比例积分微分（PID）和分数阶PID（FOPID）控制器在无传感器BLDC电机的速度控制中表现出色，能提供更好的速度控制和时域特性。

传统速度控制器虽然结构简单、易于实现，但在处理非线性、负载干扰和参数变化等复杂问题时存在困难，还存在高稳定时间、最大超调、对控制器增益敏感以及响应迟缓等缺点。因此，本文考虑采用基于元启