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%。在这种情况下，借助元启发式优化算法实现BLDC电机的精确速度控制至关重要。此外，可变速度控制（VSC）驱动系统在各种运行条件下能提供出色的精度和快速恢复能力。

BLDC电机的应用广泛，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 |

一般来说，永磁BLDC电机由三相逆变器供电，通过霍尔效应传感器来检测转子位置。然而，这些传感器会增加成本、降低可靠性、增大体积并使速度控制复杂化。为了克服这些问题，无传感器技术应运而生。无传感器BLDC电机驱动系统在闭环反馈系统中无需轴装位置传感器即可有效控制速度和位置，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电机的速度控制中能提供更好的速度控制和时域特性。

传统的速度控制器虽然结构简单、易于实现，但在处理非线性、负载扰动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、对控制器增益敏感和响应