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)大學自動化學院，西安710072）
摘要：建立了無刷直流電動機( bldcm)、離心泵和模糊控制器的模型，并將其有機組合構(gòu)建了bldcm驅(qū)動的燃油泵系統(tǒng)的模糊控制仿真模型，設(shè)計了基于流量的燃油泵轉(zhuǎn)速閉環(huán)，并進行了仿真，仿真結(jié)果顯示：采用模糊控制系統(tǒng)上升時間短，無超調(diào)，無震蕩，無穩(wěn)態(tài)誤差，比pid控制具有更快的動態(tài)響應和更好的穩(wěn)態(tài)特性。
關(guān)鍵詞：無刷直流電動機；燃油泵；模糊控制；仿真
中圖分類號：tm36 +1；tp273+4 文獻標志碼：a 文章編號：
0引 言
隨著電力電子技術(shù)和永磁材料的發(fā)展，永磁無刷直流電動機( bldcm)以其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壽命長、保養(yǎng)維修方便、控制方便，還具有起動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強、調(diào)速范圍廣、電機效率高等優(yōu)點越來越得到廣泛地應用。采用永磁無刷直流電動機驅(qū)動的離心泵；可以提高航空發(fā)動機的性能，也便于實現(xiàn)燃油泵的流量控制，試驗證明采用調(diào)節(jié)燃油泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量所消耗的功率遠小于采用閥門調(diào)節(jié)流量時消耗的功率，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量可以大大降低能耗。
燃油泵系統(tǒng)是一個具有較強非線性、滯后性、強耦合的復雜被控系統(tǒng)，受到溫度、黏度等多種不確定因素的影響，采用傳統(tǒng)的控制方法難以實現(xiàn)對燃油泵系統(tǒng)的良好控制，而模糊控制理論把專家的成熟經(jīng)驗和規(guī)則有機的融人到控制策略中，對復雜可變的被控對象有很好的控制效果，本文設(shè)計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)，進行了仿真。
1無刷直流電動機數(shù)學模型
無刷直流電動機本體數(shù)學模型分為四部分：電壓平衡方程模塊、反電勢計算模塊、轉(zhuǎn)矩計算模塊和運動方程模塊。如圖1所示，其中block1為反電勢計算模塊，block2為電壓平衡方程模塊，block3為轉(zhuǎn)矩計算模塊，block4為運動方程模塊，把四個simulink模塊進行組合，創(chuàng)建子系統(tǒng)。
把圖l中無刷直流電動機數(shù)學模型進行封裝，在進行無刷直流電機系統(tǒng)仿真時，就可以在需要的時候直接調(diào)用該模塊，由于采用了電機狀態(tài)方程建模，可以真實反映出電機各個狀態(tài)變量的真實狀況，這比將無刷直流電機等效為直流電機采用傳統(tǒng)的傳遞函數(shù)進行的仿真方法要準確得多。
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)系是一個線性關(guān)系，即：
但是，在實際運行中，泵會受到各種外界擾動的影響，因此實際運行時，流量和轉(zhuǎn)速之間不能簡單地用線性關(guān)系來描述。通過檢測離心泵在不同轉(zhuǎn)速下所測到的流量數(shù)據(jù)表明，流量和轉(zhuǎn)速之間呈非線性關(guān)系。由于流量基值計算的越準確，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍越小、穩(wěn)態(tài)精度就越高，因此有必要計算出較為精確的流量基值。可以采用線性回歸法，從運行數(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行數(shù)據(jù)如表1所示，并對數(shù)據(jù)進行一定的處理，樣本數(shù)為m，變量個數(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)速比較準確的關(guān)系式，從而得出了離心泵的數(shù)學模型。
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