基于遗传算法的三环无刷直流电机控制系统研究

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1、第26卷第2期贵州大学学报(自然科学版)Vo1．26No．22009年4月JournalofGuizhouUniversity(NaturalSciences)Apr．2009文章编号1000—5269(2009)02—0074—04基于遗传算法的三环无刷直流电机控制系统研究苏显方，张著洪(贵州大学理学院系统科学与信息技术研究所，贵州贵阳550025)摘要：针对无刷直流电机的位置跟踪问题，借助于噪声滤波器、电机本体和三环PI控制器，设计电机位置跟踪模型，并借助改进的遗传算法确定PI参数的次优值，提供了一种基于智能优化技术的无刷直流电机位置跟踪控制系统设计

2、方法。数值实验比较显示，该方法较之传统的参数整定方法更可行，能使控制系统的输出响应跟踪更快及无超调量。关键词：无刷直流电机；PI控制器；改进的遗传算法；参数优化中图分类号：TP273文献标识码：A无刷直流电机(BLDCM)以其本体结构小、功制器，其次，改进已有的遗传算法，并优化PI的参率密度高、动态性能好等优点得到了广泛应用和普数。遍关注，但在实际应用中，由于电机本身的结构和1数学模型控制电路的缘故，电机换相时产生转矩脉动，进设R为电枢回路电阻，为电枢电感，e为电而产生随机噪声、振动等问题，此制约了无刷直流枢反电动势，于是，无刷直流电机电枢回路的理想电机

3、在高精密转动和大功率驱动等系统中的应用，空载整流电压平衡方程为引：因此，如何设计电机控制系统，使得电机具有良好的行为特性便显得尤其重要J。经典PI控制技u幽+L警+e(1)术以其结构简单、对模型误差具有鲁棒性及易于操其中，u勘，i分别表示电枢回路的理想空载整流电作等特性，至今在电机行业占据着不可替代的地压和电枢电流；其次，电机转轴上的转矩和转速服位。目前，对基于PI的电机控制系统研究主要从电力拖动系统的运动方程，在忽略黏性磨擦的情集中在探讨速度跟踪控制或转矩脉动抑制，在此况下，转矩平衡方程为：PI控制器中，Kp、Ki是固定的参数，这样的控制器一=(2)在

4、环境发生较大变化的情况下，控制效果很差。近年来，基于智能算法的PI控制器的研究也取得了其中，为电机电磁转矩，为扰动转矩，仰为一定的进展，如文献[5]使用了模糊控制算法调整电机飞轮惯量，W为电机转速。对于电机系统，在PI参数；文献[6]采用自适应方法调整PI参数，文额定励磁条件下，可获=Ci，e=C。W，其中献[7]利用遗传算法对PID参数进行优化，但这些C为电磁转矩常数，C。为反电动势常数。经由文研究都是针对单环PI控制器设计的。献可知，电磁时间常数T1及机电时间常数在实际的电机控制系统中，常需对参考位置信分别为号进行跟踪，因此要求考虑基于PI的三环控制

5、器=设计，即位置环、速度环和电流环，但此方面的研究L／R(=舞㈥工作极少被报道。在工程应用中，对于基于PI的将、代人(1)和(2)，整理后得三环电机控制系统，由于电流环控制器参数的改变M由一e=R(i+dt、"(3)影响速度环的被控对象，而速度环控制器参数和电流环控制器参数的改变影响位置环的被控对象，这id—i以=i1mde(4)三环控制器相互关联、相互影响，因此，确定控制器d一以百it4)的参数有较大难度，为此本文首先设计三环电机控式中，i=／c为在C为常数时的等效负载收稿日期：2009—03—01基金项目：国家自然科学基金(60565002)；贵州省

6、教育厅自然科学研究重点项目(2007004)；贵州大学研究生创新基金(校理工2009031)作者简介：苏显方(1980一)，男，硕士研究生；研究方向：控制理论与计算智能．第2期苏显方等：基于遗传算法的三环无刷直流电机控制系统研究电流。对(3)和(4)进行拉普拉斯变换，获电压与后的电压，即为速度调节器的输入，因此转速环能电流和电流与电动势之间的传递函数分别为：够随位置的偏差调节电机的转速；另外，转速调节器的输出为电流调节器的输入，电流环能够随转速(5)(s)一E(s)一R(T1s+1)的偏差调节电机的电枢电流，基于此，便可实现电：旦机的位置跟踪，如图1所示

7、。(6)la(s)一I也(s)s在设计三环控制系统时，电流环作为内环，速2三环电机控制系统原理度环作为中间环，位置环作为外环。设计过程中，位置跟踪控制系统的控制器由位置环、转速环首先设计电流环控制器，然后把电流环作为转速环及电流环构成，此三环为三个相对独立的调节器，内的一个环节，进而设计转速环控制器。最后将转其中位置环控制无刷直流电动机的位置信号，位置速环也看成位置环内的一个环节，设计出位置环控调节器的输人为控制系统的位置输出与参考位置制器。输入的误差，输出为对误差信号的比例和积分控制图1无刷直流电机三环位置跟踪原理图3基于改进遗传算法的PI参数优化罚项

8、；从而，寻找基于PI的三环控制器的最优参数等价于求解如下最优化问题(P)：3．1