基于蜣螂算法的无刷直流电机速度控制仿真研究
PDF下载 (179)胡 杰,陈再宏,胡燕海,刘广清,张伟杰.基于蜣螂算法的无刷直流电机速度控制仿真研究[J].宁波大学学报(理工版),2024,37(6):73-79.DOI:10.20098/j.cnki.1001-5132.2023.1202
HU Jie,CHEN Zaihong,HU Yanhai,LIU Guangqing,ZHANG Weijie.Simulation study on speed control of brushless DC motor based on dung beetle algorithm[J].Journal of Ningbo University(Natural Science & Engineering Edition),2024,37(6):73-79.DOI:10.20098/j.cnki.1001-5132.2023.1202
| Title: | Simulation study on speed control of brushless DC motor based on dung beetle algorithm |
| 作者: | 胡 杰, 陈再宏, 胡燕海, 刘广清, 张伟杰 |
| Author(s): | HU Jie, CHEN Zaihong, HU Yanhai, LIU Guangqing, ZHANG Weijie |
| 关键词: | 无创呼吸机; 无刷直流电机; 蜣螂算法; 模糊PID |
| Keywords: | noninvasive ventilator; brushless DC motor; dung beetle optimize algorithm; fuzzy PID |
| 分类号: | TM301.2; TN06 |
| DOI: | 10.20098/j.cnki.1001-5132.2023.1202 |
| 文献标识码: | A |
| 摘要: | 为提高无创呼吸机用无刷直流电机的控制性能, 改善无创呼吸机压力输出控制精度, 设计了一种基于蜣螂算法优化的模糊PID控制器用于无刷直流电机调速系统. 首先对无刷直流电机进行数学建模, 再利用Simulink设计无刷直流电机双闭环转速控制系统仿真模型, 并模拟实际工况对系统模型进行仿真实验. 结果显示, 当设定调速系统超调量为0.4%, 调节时间为0.011s, 加入负载后的转速波动为4.0r∙min–1时, 经过0.002s振荡后系统趋于稳定. 仿真结果说明所设计的控制器动态和静态性能优异, 显著提高了无刷直流电机控制性能, 改善了无创呼吸机压力输出控制精度, 可以满足无创呼吸机对稳定、可控气流源的需求. |
| Abstract: | In order to improve the control performance of brushless DC motor for non-invasive ventilator, as well as to improve the control precision of its pressure output, a fuzzy PID controller based on dung beetle optimization algorithm was developed to solve the problem of low precision of traditional PID control. Firstly, mathematical modeling of brushless DC motor was carried out, and Simulink was used to design the simulation model of the brushless DC motor’s double closed-loop control system, with which the control system was simulated on its actual working conditions. The simulation results show that the overshoot of the speed control system using the proposed method is 0.4%, the adjustment time is 0.011s, the speed fluctuation is 4.0r∙min–1 after adding the load, and it tends to be stable after 0.002s of oscillation. The results demonstrate that the controller designed in this paper has excellent dynamic and static performance, improves the control performance of brushless DC motor significantly, improves the pressure output control accuracy of non-invasive ventilator, and meets the need of non-invasive ventilator for a stable and controllable air source. |
| 参考文献 /References: | [1] 鲜于云艳, 张智霞, 张美芳, 等. 新型冠状病毒肺炎患者机械通气护理管理专家共识[J]. 中华护理杂志, 2020, 55(8):1179.
[2] 李永胜. 新型冠状病毒肺炎重症患者的呼吸支持策略[J]. 内科急危重杂志, 2020, 26(3):184-187.
[3] XU T T, YOU D M, CHEN X. Non-surgical treatment of obstructive sleep apnea syndrome[J]. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology, 2018, 275(2):335-346.
[4] CARPAGNANO G E, SABATO R, LACEDONIA D, et al. New non invasive ventilator strategy applied to COPD patients in acute ventilator failure[J]. Pulmonary Pharmacology & Therapeutics, 2017, 46:64-68.
[5] 张淼. 基于分数阶PID控制器的家用无创呼吸机的研制[D]. 济南: 山东大学, 2019.
[6] 焦杨, 邓科, 陈执昌, 等. 无创呼吸机风机驱动电路系统设计[J]. 中国医疗器械杂志, 2021, 45(4):398-400, 405.
[7] 王颖. 无位置传感器永磁同步电机滑膜变结构控制[D]. 鞍山: 辽宁科技大学, 2018.
[8] 顾祖成, 耿小江, 王永娟, 等. 模糊自适应PID控制在无刷直流电机调速系统中的应用[J]. 机械设计与制造工程, 2020, 49(1):39-41.
[9] 陈龙, 李益华. 基于模糊自适应分数阶PID的医用无刷直流电机控制研究[J]. 电气传动自动化, 2019, 41(3): 1-6.
[10] 田双文, 刘雪松, 刘佳, 等. 基于无刷直流电机控制器设计[J]. 计算机测量与控制, 2023, 31(5):132-138.
[11] 许宇栋. 无刷直流电机控制系统的研究[D]. 马鞍山: 安徽工业大学, 2019.
[12] 时培成, 陈晨, 夏仙阳, 等. 改进天牛须算法的无刷直流电机控制研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(6):898- 904.
[13] 纪亚芳, 张志刚. 基于模糊PID的双容水箱液位控制系统设计[J]. 山西师范大学学报(自然科学版), 2019, 33(2):37-40.
[14] 于振中, 周枫. 粒子群优化模糊PID的电动负载模拟器研究[J]. 电子测量技术, 2019, 42(10):16-21.
[15] 黎君, 阎世梁. 一级倒立摆模糊PID控制器设计[J]. 国外电子测量技术, 2012, 31(4):50-52.
[16] XUE J K, SHEN B. Dung beetle optimizer: a new meta-heuristic algorithm for global optimization[J]. The Journal of Supercomputing, 2023, 79(7):7305-7336.
[17] 蒋文强. 基于智能控制算法的BLDCM调速系统研究[D]. 太原: 太原理工大学, 2017.
[18] 霍延军. 基于量子粒子群算法的PID参数自整定方法[J]. 微电子学与计算机, 2012, 29(10):194-197. |
| 备注/Memo: | 收稿日期: 2023−12−04. 宁波大学学报（理工版）网址: http://journallg.nbu.edu.cn/ 基金项目: 宁波市重点研发计划项目（2023Z169）. 第一作者: 胡杰, 硕士研究生, 主要研究方向: 机电一体化. E-mail: hujieprivate@163.com *通信作者: 胡燕海, 教授, 主要研究方向: 机电产品开发, 生产计划与控制. E-mail: huyanhai@nbu.edu.cn 宁波大学学报（理工版）网址：http://journallg.nbu.edu.cn/ |
