遺傳優(yōu)化的模糊免疫PID控制器在SRM中的應(yīng)用
喬維德
(常州市廣播電視大學(xué)，江蘇常州213001)
摘要：針對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的嚴(yán)重非線性、時(shí)變和強(qiáng)耦合性．應(yīng)用免疫反饋機(jī)理和模糊控制理論，在傳統(tǒng)PID控制器基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種模糊免疫PID控制器，并提出利用遺傳算法對(duì)PID控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。仿真結(jié)果表明，基于遺傳優(yōu)化的模糊免疫PID控制器具有良好的調(diào)速和控制特性，其控制眭能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制和模糊免疫HD控制。
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)；遺傳算法；模糊免疫PID；控制
中圖分類(lèi)號(hào)：TM352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)01—0008—03
0引言
開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)SRM)調(diào)速系統(tǒng)是隨著電力電子技術(shù)、微電腦技術(shù)和控制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的新一代交流無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，其顯著特點(diǎn)是電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍廣、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速和控制性能好、效率高。SRM在低壓和小功率的應(yīng)用場(chǎng)合，大大優(yōu)于普通的異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)，目前已引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注和深入研究，并在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但SRM磁路的高度非線性決定了它是一個(gè)時(shí)變的、非線性系統(tǒng)，很難求得其精確的數(shù)學(xué)模型，所以應(yīng)用傳統(tǒng)的線性控制方法(如PID控制)難以滿足動(dòng)態(tài)較快的SRM非線性、變結(jié)構(gòu)、變參數(shù)的要求。為了使SRM系統(tǒng)取得優(yōu)良的調(diào)速性能和控制品質(zhì)，本文將遺傳算法、模糊控制和免疫反饋機(jī)理與傳統(tǒng)的PID控制相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種模糊免疫自適應(yīng)PID控制器，利用遺傳算法優(yōu)化控制器參數(shù)，并將它應(yīng)用于SRM調(diào)速系統(tǒng)中，借助MAT—LAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，其控制效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器和模糊免疫HD控制器，具有很強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)能力。
1 SRM基本原理
圖1是SRM的結(jié)構(gòu)示意圖,定、轉(zhuǎn)子為雙凸極結(jié)構(gòu)。如果將定、轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置作為起始位置，依次讓定子B相繞組通電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)使鄰近轉(zhuǎn)子與該B相繞組軸線重合的電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子便逆著勵(lì)磁順序按逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)旋轉(zhuǎn)；若依次給C相繞組通電，則轉(zhuǎn)子將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此，SRM的轉(zhuǎn)向取決于相繞組通電次序，而與相繞組的電流方向無(wú)關(guān)。
由于SRM是高度機(jī)電一體化的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，包括電氣部分、機(jī)械部分和機(jī)電聯(lián)系部分，其數(shù)學(xué)模型描述為：
式中：Uk、Rk、ik、ψk分別為第k相繞組的電壓、電阻、電流和磁鏈。
(2)轉(zhuǎn)矩方程
式中：Wk、Tk分別為電機(jī)第k相的磁場(chǎng)儲(chǔ)能和產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩；θ為轉(zhuǎn)子位置角；Ttotal為總的電磁轉(zhuǎn)矩(即各相轉(zhuǎn)矩之和)。
(3)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程
式中：J為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，B為摩擦系數(shù)，TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
上述數(shù)學(xué)模型中，由于SRN存在嚴(yán)重的飽和效應(yīng)、邊緣效應(yīng)和非線性，加之運(yùn)行時(shí)的開(kāi)關(guān)性和受控性，無(wú)法建立比較精確的數(shù)學(xué)關(guān)系，因而傳統(tǒng)的線性控制方法已難以滿足SRM非線性、變參數(shù)的要求，不能取得理想的控制效果。
2 SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
SRM調(diào)速系統(tǒng)主要由SRM、功率變換器、控制器、位置檢測(cè)器等部分組成，控制器是系統(tǒng)的中樞，它接受速度指令、速度反饋信號(hào)及電流傳感器、位置傳感器等信息，并對(duì)其進(jìn)行綜合分析處理，發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)SRM運(yùn)行狀態(tài)的有效控制。本文控制器采用遺傳算法優(yōu)化的模糊免疫PID控制器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
2.1免疫PID控制原理
免疫PID控制器是借鑒生物系統(tǒng)的免疫機(jī)理而設(shè)計(jì)的一種非線性控制器。 |
