摘要：為實現超聲波電機系統運行效率****化，該文在保證轉速閉環控制性能的基礎上，實現了包含驅動電路在內的電機系統效率優化控制。并給出了基于開環轉速調節特性和基于模糊控制的兩種改變驅動電壓幅值調節步長的優化控制方法，縮短了效率優化過程時間，提高了系統總體運行效率，改善了轉速}jj環控制性能。實驗表明了所提方法的有效性。

關鍵詞：超聲波電機；系統效率；優化控制

中圖分類號. tm359. 9    文獻標志碼：a    文章編號：1001-6848( 2010) 07-0025-04

    超聲波電機雖有諸多優點，但超聲波電機運動控制系統的運行效率遠低于傳統電磁電機[2-3]。且目前超聲波電機的主要應用場合均為有限能源供電場合，效率問題是超聲波電機能否在相關領域廣泛應用的關鍵。因而，如何提高效率已成為超聲波電機領域必須研究解決的關鍵問題之一。

    本文在研究超聲波電機系統效率控制特性的基礎上，設計并實現了超聲波電機系統效率在線優化控制，給出了基于開環轉速調節特性和基于模糊控制的兩種變步長效率優化控制算法，縮短了效率優化過程時間，使系統總體運行效率得到提高。

    超聲波電機系統的效率優化控制，需要能夠表征電機系統當前效率狀況的反饋。因輸出機械功率不易直接測量，所以電機系統的效率反饋通常采用間接方式。若驅動電路輸入電源電壓恒定，則電路輸人電流的變化就反映了電機系統在當前負載情況下的效率變化，且兩者之間成反比例關系；減小輸入電流即可降低電機系統輸入功率，亦即提高超聲波電機系統的運行效率。所以，可以根據輸入電流幅值的變化來判斷電機系統的效率是否提高。

    本文研究采用調節驅動電壓幅值的方法，實現超聲波電機系統效率在線優化控制。為此，設計了圖1所示的轉速閉環+效率優化的控制系統。圖示系統采用基于相移pwm的h橋驅動電路m1，系統的控制過程為，電機在極點配置轉速控制器控制下，由零速開始調頻啟動；啟動時，驅動電壓幅值給定值uref的初值uref(0)= 300 v。當啟動過程結束、轉速達到穩態時，效率優化控制器開始調節，進行效率優化控制；效率優化控制過程中，轉速閉環控制依然調節頻率以保持轉速控制性能。效率優化控制器根據當前時刻輸入電流反饋變化量δi（k），確定uref的調節方向（增加或減小）。例如，若δi (k)<0，即輸入電流正在減小，則維持k-l時刻的uref調節方向不變，繼續按照給定的步長（一次調節的變化量）增加或減小；反之，則改變調節方向。控制過程中，步長始終保持不變，故可稱之為定步長效率優化控制。

   

    圖2給出了轉速給定值nrd =30 r.min^-l，設定uref調節步長為1v時的效率優化過程實測曲線。由圖2可知，可以通過uref，一直減小來實現系統的效率優化。但是由圖2也可看出，對應于uref不斷減小的調節過程，轉速偏差明顯大于無uref；調節的時段。這表明，作為一種外加擾動，驅動電壓幅值的改變影響了轉速控制效果。

    前述效率優化控制采用固定降壓步長的優化方式。在這種定步長效率優化控制中，若降壓步長增大，則uref下降速率加快，效率優化過程時間縮短，可以使系統的總體運行效率得到進一步提高。但由實驗結果可知，若增加步長使得uref的下降速度過快，電機轉速會迅速大幅下降，甚至導致電機突然停轉。這表四固定的降壓步長值存在上限；且實驗流）變化與電壓幅值調節之間的關系，這一關系是設計效率優化控制的前提和基礎。實驗表明，在實際可調的驅動電壓幅值范圍內，未發現電壓幅值一輸入電流變化曲線的拐點，即曲線具有單調下降性，驅動電壓幅值越低，輸入電流越小，系統效率越高。因此，要實現系統效率優化控制，只需在驅動電壓的可調范圍內一直降壓，直到降至驅動電壓下限值，此時系統的直流輸入電流達到最小值，就實