基于模糊控制的燃油泵系統(tǒng)建模與仿真
孫銀川，馬瑞卿，王穆移
（西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，西安710072）
摘要：建立了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)( bldcm)、離心泵和模糊控制器的模型，并將其有機(jī)組合構(gòu)建了bldcm驅(qū)動(dòng)的燃油泵系統(tǒng)的模糊控制仿真模型，設(shè)計(jì)了基于流量的燃油泵轉(zhuǎn)速閉環(huán)，并進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果顯示：采用模糊控制系統(tǒng)上升時(shí)間短，無(wú)超調(diào)，無(wú)震蕩，無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差，比pid控制具有更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和更好的穩(wěn)態(tài)特性。
關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；燃油泵；模糊控制；仿真
中圖分類號(hào)：tm36 +1；tp273+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：
0引 言
隨著電力電子技術(shù)和永磁材料的發(fā)展，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)( bldcm)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壽命長(zhǎng)、保養(yǎng)維修方便、控制方便，還具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、調(diào)速范圍廣、電機(jī)效率高等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越得到廣泛地應(yīng)用。采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心泵；可以提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，也便于實(shí)現(xiàn)燃油泵的流量控制，試驗(yàn)證明采用調(diào)節(jié)燃油泵轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)流量所消耗的功率遠(yuǎn)小于采用閥門調(diào)節(jié)流量時(shí)消耗的功率，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量可以大大降低能耗。
燃油泵系統(tǒng)是一個(gè)具有較強(qiáng)非線性、滯后性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜被控系統(tǒng)，受到溫度、黏度等多種不確定因素的影響，采用傳統(tǒng)的控制方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油泵系統(tǒng)的良好控制，而模糊控制理論把專家的成熟經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則有機(jī)的融人到控制策略中，對(duì)復(fù)雜可變的被控對(duì)象有很好的控制效果，本文設(shè)計(jì)了基于模糊控制的燃油泵控制系統(tǒng)，將模糊控制引入到燃油泵的流量環(huán)，進(jìn)行了仿真。
1無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)本體數(shù)學(xué)模型分為四部分：電壓平衡方程模塊、反電勢(shì)計(jì)算模塊、轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊和運(yùn)動(dòng)方程模塊。如圖1所示，其中block1為反電勢(shì)計(jì)算模塊，block2為電壓平衡方程模塊，block3為轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊，block4為運(yùn)動(dòng)方程模塊，把四個(gè)simulink模塊進(jìn)行組合，創(chuàng)建子系統(tǒng)。
把圖l中無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行封裝，在進(jìn)行無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)仿真時(shí)，就可以在需要的時(shí)候直接調(diào)用該模塊，由于采用了電機(jī)狀態(tài)方程建模，可以真實(shí)反映出電機(jī)各個(gè)狀態(tài)變量的真實(shí)狀況，這比將無(wú)刷直流電機(jī)等效為直流電機(jī)采用傳統(tǒng)的傳遞函數(shù)進(jìn)行的仿真方法要準(zhǔn)確得多。
2離心泵模型的建立
理想情況下，泵類設(shè)備的流量和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系是一個(gè)線性關(guān)系，即：
但是，在實(shí)際運(yùn)行中，泵會(huì)受到各種外界擾動(dòng)的影響，因此實(shí)際運(yùn)行時(shí)，流量和轉(zhuǎn)速之間不能簡(jiǎn)單地用線性關(guān)系來(lái)描述。通過(guò)檢測(cè)離心泵在不同轉(zhuǎn)速下所測(cè)到的流量數(shù)據(jù)表明，流量和轉(zhuǎn)速之間呈非線性關(guān)系。由于流量基值計(jì)算的越準(zhǔn)確，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍越小、穩(wěn)態(tài)精度就越高，因此有必要計(jì)算出較為精確的流量基值。可以采用線性回歸法，從運(yùn)行數(shù)據(jù)中提取轉(zhuǎn)速和流量之間的非線性關(guān)系。
本文選取了一組離心泵的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1所示，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，樣本數(shù)為m，變量個(gè)數(shù)為g，自由度為mg，如下關(guān)系：
根據(jù)采集的數(shù)據(jù)可以求出
所以有：
qi.可以從離心泵銘牌上獲得，這樣就得到了離心泵流量和轉(zhuǎn)速比較準(zhǔn)確的關(guān)系式，從而得出了離心泵的數(shù)學(xué)模型。
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