2020年3月27日，由電子發(fā)燒友網(wǎng)主辦的2020年第三屆無(wú)刷直流電機(jī)控制技術(shù)研討會(huì)在線上成功舉行。會(huì)上，電機(jī)控制工程師黃天省介紹了無(wú)傳感器、無(wú)反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)的智能自適應(yīng)算法控制方式，來(lái)直接驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)。
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無(wú)刷直流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、功率密度高、調(diào)速性能和機(jī)械特性好等特點(diǎn)，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。它是一個(gè)非線性、多變量、強(qiáng)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(shí)際需求。針對(duì)于這一問(wèn)題，采用智能自適應(yīng)控制方法直接驅(qū)動(dòng)是較好的解決方案。
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黃天省認(rèn)為，傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制存在四大基本問(wèn)題：第一，需要復(fù)雜的離線訓(xùn)練。第二，辨識(shí)所需的充分激勵(lì)信號(hào)和系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的矛盾。第三，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)假設(shè)。第四，實(shí)際應(yīng)用中，模型的收斂性和系統(tǒng)穩(wěn)定性無(wú)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(shí)間延遲時(shí)很難適用。

無(wú)刷直流電機(jī)的智能控制種類有哪些？

無(wú)刷直流電機(jī)的智能控制主要包括以下三種類型：
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無(wú)刷直流電機(jī)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(duì)象的輸出與參考模型產(chǎn)生期望的性能指標(biāo)相一致，MRAC具有不需要控制對(duì)象的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型、也無(wú)需進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)、且容易實(shí)現(xiàn)和自適應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是對(duì)負(fù)責(zé)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(wú)刷直流電機(jī)模糊控制
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????????? 模糊控制具有不依賴于對(duì)象模型，用語(yǔ)言變量描述系統(tǒng)特點(diǎn)，并依據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息和模糊控制規(guī)則進(jìn)行推理以獲得控制量，因而具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、超調(diào)小、硬件的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)。
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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(wú)刷直流電機(jī)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(qiáng)、算法簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

為什么智能自適應(yīng)方式可以直接驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)？

黃天省指出，對(duì)于無(wú)霍爾、無(wú)反電動(dòng)勢(shì)采樣，驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)可采用智能自適應(yīng)的方式直接驅(qū)動(dòng)。即：在編制程序時(shí)，給出控制邏輯、控制策略，自動(dòng)執(zhí)行。這其中需要進(jìn)行啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)，自動(dòng)推理和決策這些問(wèn)題求解過(guò)程與人腦的思維過(guò)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(guò)及時(shí)修正自已（MCU輸出信號(hào)）的特性以適應(yīng)對(duì)象和擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性變化，使整個(gè)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(shì)。
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他表示，無(wú)刷電機(jī)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(hào)正對(duì)于無(wú)刷電機(jī)的不同狀態(tài)：?jiǎn)?dòng)、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(shí)測(cè)最佳控制邏輯，且自動(dòng)推理和決策自行產(chǎn)生相適應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而可以直接驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)。由于這些信號(hào)都是通過(guò)最優(yōu)化、最滿意的實(shí)測(cè)取得，所以效率更高、能耗更低、成本更低、經(jīng)濟(jì)效益好。

智能自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)

采用智能自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)的方式，具有以下四大優(yōu)勢(shì)：
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????????? 無(wú)霍爾傳感器光、電傳感器、編碼器等，節(jié)約成本，簡(jiǎn)化布線，提高可靠性。
????????? 無(wú)采集反電動(dòng)勢(shì)電路，無(wú)需比較器、A/D轉(zhuǎn)換等編程。節(jié)約成本，簡(jiǎn)化布線，減少編程工作量，精簡(jiǎn)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(dòng)，排除了由于傳感器損壞，反電動(dòng)勢(shì)尖峰脈沖導(dǎo)致?lián)Q相異常的可能，進(jìn)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(jì)效益好。
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黃天省補(bǔ)充，盡管智能自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)有以上優(yōu)勢(shì)，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(guò)海量的測(cè)試，以找出最佳、最滿意的自啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)，自動(dòng)推理和決策。
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????????? 由于不可預(yù)測(cè)的量太多，總有考慮不周的存在，需要經(jīng)過(guò)多次長(zhǎng)期的反復(fù)驗(yàn)證，才能確定其可靠性、穩(wěn)定性。
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????????? 過(guò)載性能較差，只適合輕負(fù)載場(chǎng)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(huì)需要翻倍的最佳化測(cè)試工作和更大的內(nèi)置程序空間以放置大量的對(duì)應(yīng)的控制算法程序。

展望

智能自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)由于是長(zhǎng)期尋找最佳、最滿意的控制策略，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)積累、優(yōu)化和反復(fù)測(cè)試、驗(yàn)證，可靠性、程序效率也會(huì)進(jìn)一步提高。未來(lái)，將會(huì)產(chǎn)生更多更好的控制方法，進(jìn)一步提高智能自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用，在重載應(yīng)用方面都會(huì)有全新的突破，將在未來(lái)的無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)中廣泛應(yīng)用。

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