无刷直流电动机单神经元自适应PID控制系统仿真.pdf

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1、·8·煤矿机电2011年第1期无刷直流电动机单神经元自适应PID控制系统仿真康海洋，杨风，常云泽，张成发，王建伟(中北大学信息与通信工程学院，山西太原030051)摘要：设计单神经元自适应PID控制器，实现在线调整PID参数，克服电机参数非线性和易变的影响，达到快速控制的目的。并在Matlab／Simulink环境下研究控制系统。仿真结果表明：控制器自适应能力好，鲁棒性强，具有比单纯PID控制更好的系统静态和动态特性。关键词：无刷直流电动机；单神经元自适应PID控制器中图分类号：TM381文献标识码：B文章编号：1001—0874{2011)01—0008—

2、03SimulationofBLDCMControlSystemofSingleNeuronSelf—AdaptivePIDKANGH口i—ym嗨。YANGFeng，CHANGYun-ze，zHANGCMng-fa，WangJ诚n—wei(SchoolofInformationandCommunicationEngineering，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：强econtrollerofsingleneuronself-adaptivePIDisdesignedtorealizeth

3、eregulationofPIDparametersOil-lineinordertoovercometheinfluencesofnon-linearityandparameterschangabilityofthebrushlessDCmotor．andachievefastcontr01．ThesimulationofthecontrolsystemiscarriedoutinMatlab／Simulinkenvironment．7nlesimulationresultsindieatethatthecontrollerhashishrobustnes

4、s．self-adaptiveabilityandbetterstaticanddynamicsystemperformancesthanthatofthepurePIDcontroller．Keywords：BLDCM(brushlessDCmotor)：singleneuronself-adaptivePIDcontroller1概述无刷直流电机(BLDCM)是一种新型无级变速电机。它结构简单、运行可靠、维护方便、调速特性良好。但用传统的PID控制器很难进行精确控制。本文在Matlab／Simulink平台上建立无刷直流电机基于单神经元的模型，并进行系统

5、仿真。2无刷直流电机的数学模型由于无刷直流电机的反电动势为梯形波，含有较多的高次谐波，且其电感为非线性，直接用电动机的相变量建立数学模型比较方便。以两相导通星形三相六状态为例，根据无刷直流电机的特性，建立其电压、转矩状态方程并作如下假设：(1)三相绕组完全对称，气隙磁场为梯形波，定子电流、转子磁场分布对称；(2)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响；(3)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布；阡㈥卧鞋珧Pi傩]c1Le，I￡hLb￡kbl+lebI()L￡髓三。b三。_JLi。J。j2011年第1期煤矿机电·9·假定：￡。=Lb=L。=L，L

6、b=￡。=￡ba=

7、Lbc=￡。。=L。。=M，电机结构三相对称，在360。电角度内转子磁阻不随转子的位置变化，则i。4-ib4-i。=0，M·i。+M·ib+M·i。=0，上式可改写为：日㈠蝴+[L一0M￡：M工兰0]P[ii；]+[ee；]c200MJie，I￡一bl+lb()L工一L．JZ=e。i。+ebih+e。i。)／w(3)疋=咒+Bw+J孚(4)3单神经元自适应PID控制单神经元作为神经网络基本单位，通过连接权的调整具有自学习和自适应能力，而且结构简单，易于计算。而传统的PID控制器的参数整定与工程指标联系密切。将两者有机结合起来，形成单神经元白适应PID控制器，

8、可在一定程度上克服传统PID控制器不易在线实时调整参数、难于有效控制复杂过程和时变系统的不足。典型的学习规则有：无监督Hebb学习规则、有监督Delta学习规则和有监督Hebb学习规则。本文采用有监督Hebb学习规则。单神经元自适应PID控制器的结构框图如图1所示。图中转换器的输人为r(k)和Y(k)，转换器的输出为神经元学习控制所需要的状态量墨，恐，墨：石l(K)=r(后)-y(

9、

10、})=e(后)(5)图1单神经元自适应PID控制器结构图五(K)=Ae(k)=e(k)一e(k—1)(6)X3(K)=△2e(k)=e(七)-2e(k一1)+e(屉一2)(7)

11、Z(k)=e(蠡)(8)“(后)=u(后一1)+K∑