Adaptive Real-Coded Genetic Algorithm for Identifying Motor Systems

In this paper, the main objective is to identify the parameters of motors, which includes a brushless direct current (BLDC) motor and an induction motor. The motor systems are dynamically formulated by the mechanical and electrical equations. The real-coded genetic algorithm (RGA) is adopted to identify all parameters of motors, and the standard genetic algorithm (SRGA) and various adaptive genetic algorithm (ARGAs) are compared in the rotational angular speeds and fitness values, which are the inverse of square differences of angular speeds. From numerical simulations and experimental results, it is found that the SRGA and ARGA are feasible, the ARGA can effectively solve the problems with slow convergent speed and premature phenomenon, and is more accurate in identifying system’s parameters than the SRGA. From the comparisons of the ARGAs in identifying parameters of motors, the best ARGA method is obtained and could be applied to any other mechatronic systems.

经皮穴位电刺激联合经颅直流电刺激对缺血性脑卒中后偏瘫痉挛状态及运动功能的影响

目的 探究经皮穴位电刺激(TEAS)和经颅直流电刺激(tDCS)对缺血性脑卒中后偏瘫痉挛状态及运动功能的影响。方法 将2021年1月至2023年8月中国人民武装警察部队特色医学中心收治的165例缺血性脑卒中后偏瘫患者纳入本次前瞻性研究,按照随机数字表法将其分成观察组(n=83)和对照组(n=82)。对照组患者给予常规康复治疗,观察组患者给予常规康复治疗+TEAS+tDCS治疗,共干预4周。比较两组患侧上下肢痉挛改善情况,干预前、干预4周后的Fugl-Meyer评分(包括上肢的FMA-UE评分和下肢的FMA-L评分)、改良的Barthel指数(MBI)、功能性步行量表(FAC)分级和10 m步行时间、患侧胫骨前肌、腓肠肌内侧头、腕伸肌和腕屈肌表面肌电均方根值(RMS)。结果 观察组上肢和下肢痉挛治疗的总有效率分别为93.98%、92.77%,均显著高于对照组(84.15%、81.71%),差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组干预4周后的FMA-UE评分、FMA-L评分和MBI评分分别为(54.19±8.75)、(26.12±7.03)、(65.71±11.08)分,显著高于对照组[(42.41±8.52)、(20.05±6.67)和(54.18±10.82)分],差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组干预4周后的FAC分级为(3.86±0.40)级,显著高于对照组[(3.06±0.37)级],而10 m步行时间为(59.33±6.17) s,显著短于对照组[(73.02±7.02) s],差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组干预4周后的胫骨前肌、腓肠肌内侧头、腕屈肌和腕伸肌表面肌电RMS分别为(50.08±2.96)、(51.36±4.13)、(67.55±9.07)、(94.31±11.14)μV,显著高于对照组[(39.10±2.89)、(41.77±4.22)、(58.06±9.62)和(85.07±11.45)μV],差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 TEAS+tDCS治疗缺血性脑卒中后偏瘫可显著改善患者患侧上下肢痉挛状态,提高患者的运功功能和步行能力。

基于神经网络的模糊控制在装甲车电传动控制系统中的应用

针对装甲车辆电传动系统是一个复杂的多变量、非线性系统 ,其控制系统的扰动变化大 ,对驱动电机的控制要求苛刻的特点 ,根据模糊控制器对参数的变化不敏感 ,对非线性系统进行控制时往往能取得较好的控制效果 ,以及神经网络的学习功能、联想记忆功能、分布并行式处理功能可以更好地实现模糊逻辑控制中的规则表示、知识获取和并行推理 ,因此利用神经网络来实现无刷直流电机调速系统的模糊控制。在MATLAB中进行计算机仿真 ,通过仿真分析表明 ,当突然加、减负载时 ,神经网络模糊控制与PID控制相比 ,具有对参数变化不敏感以及超调和振荡小等特点。

基于STM32的无刷直流电机控制器硬件电路设计及实验研究

以STM32F103C8T6为核心,设计了无刷直流电机控制器硬件电路。电路主要包括IR2310构成的PWM驱动电路、IRF3808构成的逆变电路、增量式旋转编码构成的速度反馈电路。控制器具有CAN和RS232通信接口,可与计算机或PLC构成速度或位置伺服系统。利用由xPC目标搭建的半实物仿真平台对PI参数进行整定。测试了控制器的速度伺服响应性能,给定速度为2 400 rpm时,控制器响应时间为0.32 s。实验结果表明,系统工作可靠,稳定性好,响应速度快,可以满足上肢康复机器人的机械臂速度控制性能要求。

永磁无刷直流电机转矩波动的自抗扰控制

自抗扰控制器(ADRC)是在继承经典PID不依赖于对象模型优点的基础上,通过改进经典PID固有缺陷而形成的新型控制器,性能优良且算法简单。在分析永磁无刷直流电机转矩波动研究现状的基础上,根据其自身特点以及自抗扰控制器的设计原则,提出了基于自抗扰控制器的永磁无刷直流电机转矩波动抑制方法。将电机等效为由2个非线性系统构成的串联对象,设计了2个一阶自抗扰控制器实现对电机的内外环控制,即外环控制转速并给出内环转矩参照值,内环控制转矩以抑制转矩波动,其实质是改善馈电电流波形。内环转矩子系统采用3个相同的扩张状态观测器(ESO)对三相转矩分别进行观测,进而得到电磁转矩估计值及转矩子系统的实时作用值,据此构造以逆变器直流侧电压为控制输入的转矩子系统一阶自抗扰控制器。实验结果表明,该控制方案不仅能够明显抑制电机运行中的转矩波动,而且电机具有良好的动态响应性能,控制系统具有较强的适应性和鲁棒性。

无位置传感器直流无刷电机软件起动

为了解决无位置传感器直流无刷电机在起动时基于反电动势的位置检测方法无法提取出位置信息的问题,分析了无位置传感器直流无刷电机的起动方法,针对电动车这一特殊的应用场合进行了相应的改进,电动车在起动时有负载且负载情况复杂,对传统的三段式起动法进行改进,设计了无需附加任何起动控制电路的起动控制策略,由软件程序控制电机正常起动,其控制步骤为两次定位、分段加速、调压切换的三段式起动方案。实验结果研究表明此起动控制方法有良好的起动性能,在电动车不同的负载情况下具有很好的控制效果。

电动汽车起步加速过程的动力学建模与仿真

为了提高单电机驱动电动汽车起步加速过程的性能,通过对电动汽车的行驶阻力方程和无刷直流电机数学模型的分析,建立了电动汽车起步加速过程的动态数学模型,实现了汽车与电机系统的有机结合。在此基础上,利用Matlab7.0/Simulink软件,建立了车速与电流双闭环调速系统的仿真模型,并对车速阶跃响应进行了仿真研究。结果表明,采用车速与电流双闭环调速策略,能使电机获得良好的机械特性,使电动汽车起步加速过程更加符合驾驶人的驾驶习惯,且具有超调小、响应快、控制精度高和抗干扰能力强等优点,可满足电动汽车起步加速过程对驱动系统的要求。

基于转子高频脉动电流注入的同步电动机无位置传感器型直接转矩控制

为了实现直接转矩控制电励磁同步电机(electrically excited synchronous motor,ESM)驱动系统零转速及极低转速时无位置传感器运行,提出一种新型转子位置角观测器。首先在转子回路注入高频脉动电流;其次,为了仅在d轴方向产生定子高频脉动电流,利用电磁转矩闭环在电磁转矩中注入同频率的高频脉动分量;最后借助于锁相环原理观测出转子位置角。利用磁链的电流模型和观测位置角,计算出定子磁链及电磁转矩,并构建无位置传感器直接转矩控制系统。实验结果表明所提无位置传感器驱动系统任何负载时均可以稳定运行于零转速及极低转速。

基于直接转矩控制电励磁同步电机转子励磁电流控制策略

同步电机转子励磁电流控制方式直接影响电机的运行特性。针对直接转矩控制电励磁同步电机提出一种全速度范围内转子励磁电流优化控制策略,它直接利用转矩给定和定子磁链给定计算出转子励磁电流给定值。仿真和实验结果表明:额定转速以下转子励磁电流较小,降低了转子绕组的发热;额定转速以上转子励磁电流较大,提高了电机负载能力;恒转矩区和恒功率区之间转换不需要设定过渡区,过渡平滑;全速度范围内电机的外功率因数均近似等于1。

无人机电控速度模糊PI双闭环控制仿真研究

【目的】针对农用无人机作业时,对速度的稳定恒速需求,研究无人机无刷直流电机的速度控制模糊PI闭环算法。【方法】分析无人机电控系统的结构原理,根据电控系统驱动无刷直流电机的速度控制要求,在Matlab/Simulink环境下,构建电控驱动无刷直流电机系统的仿真模型,采用速度电流双闭环控制策略,其中,速度环使用模糊PI控制器,电流环使用电流滞环控制。设置系统参数,进行仿真分析,搭建ARM电路仿真板,验证算法的有效性。【结果】采用模糊PI后,该系统加快了速度响应,减少了系统超调量,提高了系统的抗干扰能力,提高了系统的动态特性和鲁棒性。【结论】本研究提出的模糊PI控制策略是有效的,可为无人机实际电机控制系统设计和调试提供理论参考。

无刷直流电机反电势滑模观测及参数在线辨识

传统滑模状态观测器(SMO)性能依赖于准确的电机数学模型,电机定子电阻及电感参数偏差会对观测结果造成一定影响。针对这一问题,分析了电阻与电感偏差值对观测结果的影响形式;基于Lyapunov稳定性理论,设计了新型自适应SMO,实现了无刷直流电机(BLDCM)线反电势观测及定子电阻和电感参数的同时在线辨识。最后,通过仿真与实验验证了理论的正确性,证明了所提方法能够在一定程度上消除参数偏差对观测器的影响,较为迅速准确地辨识出定子电阻与电感值。

电动汽车用直流电机共模电磁干扰模型的分析

在电机设计过程中,经常仅评估绕组在低频或工频时的电感,但绕组的传导干扰模型必须考虑高频时绕组之间、绕组与机壳之间所存在的不可忽视的分布电容等参数的影响。对于直流电机绕组的电磁兼容(EMC)建模,先用实验测试绕组的阻抗,然后将其等效成集总参数电路。参数的选取是目前该领域建模中的难点,这里采用具有正反馈机制的蚁群算法(ACA)进行等效电路参数的智能搜索和全局优化,从而得到最优的等效电路参数。仿真及实验结果表明,所得参数在整个EMC频段内的仿真阻抗与实测阻抗具有较好的一致性。

永磁同步电机转矩切换响应分析及仿真

为使电动汽车获得理想补偿横摆力矩,需要控制电机实际输出转矩能跟踪上所需的高频、不定向切换转矩。以面贴式永磁同步电机为研究对象,分别搭建电流矢量控制、直接转矩控制仿真模型,并以固定频幅的方波作为模型输入,对两种控制方法的高频切换转矩跟踪响应性能进行对比仿真分析,仿真结果表明电流矢量控制的跟踪性能更优越。

直驱永磁无刷直流轮毂电机参数计算和结构设计

以某款城市微型电动汽车的轮毂电机为研究对象,通过原型样车设计要求计算出永磁无刷直流轮毂电机所需的额定功率、最高转速、额定转矩等主要性能参数。设计的直接驱动的永磁无刷轮毂电机采用悬臂支撑结构,装有电流传感器和温度传感器的电机右侧板和转子支架配合采用唇形密封圈,以保证内部的密封性,对转子支架、支撑轴等核心部件进行约束受力分析、三维建模和强度校核。样机试验表明该轮毂电机的外特性曲线能够满足城市微型电动汽车的使用要求。这对该款结构的轮毂电机产业化过程有一定的借鉴和指导意义。

基于C164微控制器的电动自行车变频控制研究

介绍了基于西门子C164微控制器的电动自行车变频控制研究,主要从变频原理、微机控制、系统整体三方面给出了详细的说明。系统设计简单,控制效率高,有很好的发展前途。

基于DSP控制芯片的直流无刷电机控制系统研究

对直流无刷电动机控制系统进行了总体上的设计,并给出了基于Matlab的系统仿真结果,同时给出了以TMS320F240作为控制芯片的控制系统的软硬件实现方法。

电动钻机的工作理论基础(二)——系列专题之七

近年来,电驱动已成为石油钻机的主要驱动形式,是钻机自动化、智能化的平台。文章就电动钻机的部分工作理论作初步剖析,包括钻机工作机组对电驱动的要求,可控硅直流电驱动和交流变频电驱动的工作原理,直流电动机和交流变频电动机等的特性分析,电动机的四象限运行和能耗制动原理等。

基于电动汽车的无刷直流电机低扭矩脉动混合矢量驱动控制

由于实际工艺问题,无刷直流电机(BLDCM)的相反电动势并不是理想的120°梯形波分布,其平顶宽度和波形畸变都会造成换向时刻的转矩脉动。通过分析非理想反电动势对换向转矩脉动的影响,提出了一种基于霍尔开关信号的低扭矩脉动混合矢量驱动控制策略。实验结果表明,混合矢量驱动下的BLDCM以方波大转矩顺利起动,再平滑切换至正弦波矢量运行,转矩脉动大大降低,弥补了以往BLDCM在电动汽车坡起及转矩噪声等方面的不足。

兆瓦级风机直流和交流电动变桨距技术

变速恒频风力发电机是当前风力机的主流机型,变桨距系统作为变速恒频风电机组控制系统的核心部件之一,可有效地保证风力发电机组安全、稳定、高效地运行。简要地介绍了风机变桨距系统的2种执行机构和风机变桨的工作原理,重点分析了电动变桨距系统的基本构成,以及直流伺服电机与交流伺服电机在电动变桨距系统中应用。通过比较直流伺服系统与交流伺服系统两者各自的优、缺点,结合风机单机容量的不断增大的现状,认为交流伺服系统应用于电动变桨距系统具有一定的优势。

无刷直流电动机转矩脉动的探讨

分析了无刷直流电动机转矩波动的原因 ,提出了降低转矩脉动的措施 。