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1、交通科学第29卷第2期武汉理工大学学报(与工程版)Vol.29No.22005年4月JournalofWuhanUniversityofTechnologyApr.2005(TransportationScience&Engineering)电动汽车永磁无刷直流电机的*单神经元自适应PID控制揭贵生马伟明(海军工程大学电力电子技术研究所武汉430033)摘要:对于基于理想换相的永磁无刷直流电机,在给出了其单相等效模型的基础上,运用单神经元自适应PID控制来设计速度调节器,以提高驱动控制系统对负载变化的自适应能力.研究和仿真分析表明:这种速度
2、调节器,只要学习速率选择合理,就具有比传统PID调节器更强的对负载变化的参数鲁棒性和自适应性.关键词:电动汽车;永磁无刷直流电机;单神经元;自适应控制中图法分类号:U469.72;TP273.2随着环境与能源问题的日益突出,近年来,污内为240°方波,任何时候只有两相导通,且两相[1][2]染小、高效的电动汽车成了研发的热点.永磁无电流和反电动势大小分别相等、极性相反,因而刷直流电机(BLDCM)既有交流电机结构简单、电机可等效为电阻、电感和永磁磁链均为各相2运行可靠、无机械换向器维护方便的特性,又兼有倍的单相永磁电机,而具有如下电压、转矩
3、和转矩直流电机控制简单的优点,而且有比正弦波永磁-运动方程同步电机更大的转矩/电流比,而在电动汽车上得U=2Rsi+2(Ls-M)i+2Kee=(1)到了较为广泛的应用.Ri+Li+KEe然而电动汽车的特性决定其负载波动较大,Te=pnKEi(2)同时由于BLDCM转矩脉动较大,采用传统PID1r=e=Te-Tl-Br(3)pn控制方式存在不同负载工况下的PID参数整定式中:Rs,Ls,M,Ke分别为电机各相电阻、自感、问题,并且转矩转速控制性能仍很难满足要求.基各相之间互感和永磁磁链幅值;R,L,KE分别为于上述情况,文中
4、针对理想磁通分布的120°导通等效的单相电阻、电感和永磁磁链(R=2Rs,L=型三相BLDCM,在忽略换相影响的情况下,运用2(Ls-M),KE=2Ke);U,i分别为等效单相电机单神经元自适应PID控制设计速度调节器,以此的供电电压和电流(也即任何时候导通两相间的提高控制系统对负载变化的自适应能力.线电压和线电流);pn,J,e,r分别为电机极对数、转动惯量、电磁角速度和机械角速度;Te,Tl1理想BLDCM的单相等效模型和B分别为电机电磁转矩、负载转矩和粘滞阻力系数.对于理想磁通分布的梯形波三相BLDCM,由上述方程可见,在理想情况
5、下,只要换相准在忽略磁饱和与凸极效应的影响下,采用三相六确,则BLDCM的电磁转矩与等效单相电机的供状态换相控制方式时,在理想换相情况下(忽略因电电流成正比,因而通过控制其供电电压U就可电枢电感带来的续流问题),各相电流在一个周期以很好地控制电机的电磁转矩和转速.典型的收稿日期:20041209揭贵生:男,28岁,博士生,主要研究领域为电力电子与电气传动控制技术*高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划资助项目(文教司[2001]183)第2期揭贵生等:电动汽车永磁无刷直流电机的单神经元自适应PID控制·243·BLDCM双闭环调速系统原理如图
6、1所示,速度w1(k+1)=w1(k)+Iz(k)u(k)x1(k)(9)调节器根据转速偏差产生指令电流,电流调节器w2(k+1)=w2(k)+Pz(k)u(k)x2(k)根据电流偏差产生供电电压U,通过三路霍尔位(10)置信号进行换相,实现自同步,从而产生恒定的转w3(k+1)=w3(k)+Dz(k)u(k)x3(k)矩.(11)式中:K为神经元比例系数,并且对比例、积分和微分分别采用了不同的学习速率P,I,D,以便于根据实际系统的需要对各状态输入对应的连接权进行调整,从而满足系统对响应速度、稳态误差及超调量大小的不同要求.在此基础上,对
7、于采用单神经元自适应PID图1典型BLDCM调速系统原理框图速度调节器的BLDCM,在负载转矩突然变大和变小的情况下,分别与传统PID控制速度调节器2BLDCM的单神经元自适应PID的性能进行了仿真对比分析.仿真参数为:电机参控制数R=24m!,L=300∀H,KE=0.0185Wb,pn=6,额定角速度r=400rad/s,直流侧供电电压2单神经元作为神经网络的基本单位,通过连Vd=48V,J=0.005kg·m,Tl=7.8N·m,B接权的调整从而具有自学习和自适应能力,并且=0.经优化的传统PID速度调节器的参数分别结构和计算较为简
8、单,易于实现;而传统PID控为,0.25,20,2.单神经元自适应PID控制器参数制器的参数整定与工程指标联系密切.因而若将K=0.03,连接权初值可任意给定,这里分别取为-5两
