基于改進(jìn)遺傳算法的無刷直流電動(dòng)機(jī)遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
喬維德
(常州市廣播電視大學(xué)，江蘇常州213001)
摘要：無刷直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，針對(duì)傳統(tǒng)PI控制的滯后性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較差等特點(diǎn)，提出一種基于動(dòng)態(tài)遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PI控制的無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)速度控制器的實(shí)施方案，利用改進(jìn)遺傳算法(IGA)優(yōu)化遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隸屬度函數(shù)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)權(quán)值系數(shù)等，從而提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。仿真結(jié)果表明，該方法響應(yīng)快，具有較強(qiáng)的抗干擾性和魯棒性，動(dòng)、靜態(tài)特勝均優(yōu)于傳統(tǒng)PI控制。
關(guān)鍵詞：無刷直流電動(dòng)機(jī)；改進(jìn)遺傳算法；遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；PI控制
中圖分類號(hào)：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7018(2008)05—0032—04
0引言
傳統(tǒng)的無刷直流電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱BLDCM)調(diào)速系統(tǒng)通常采用PI控制，但PI控制實(shí)質(zhì)上仍是一種線性控制，對(duì)于BLDCM這種復(fù)雜非線性、參數(shù)時(shí)變及強(qiáng)耦合的控制對(duì)象來說，PI控制在負(fù)載、環(huán)境變化下，其控制效果明顯變差，動(dòng)、靜態(tài)性能、控制精度及魯棒性等難以滿足需求。為了進(jìn)一步提高BLDCM調(diào)速系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和魯棒性，智能控制方法受到了人們普遍關(guān)注和青睞，目前已成為控制領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)[1]。人們嘗試將人工智能與Pl控制結(jié)合起來，采用了Pl控制、模糊PI控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PI控制等控制策略，取得了一定成效。模糊控制具有較強(qiáng)的魯棒性，但它本身消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的性能比較差，控制精度不高；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力和自學(xué)習(xí)功能，但不具備處理不確定信息的功能，且學(xué)習(xí)過渡過程較慢。綜合兩者的優(yōu)勢(shì)，本文將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制及PI控制結(jié)合起來，提出一種新型的動(dòng)態(tài)遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PI控制策略，應(yīng)用于BLDCM調(diào)速系統(tǒng)，并利用改進(jìn)遺傳算法(IGA)在線優(yōu)化遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器參數(shù)。仿真結(jié)果表明了該方法的可行性和有效性，利用本文提出的控制方法，系統(tǒng)響應(yīng)快、元超調(diào)，控制精度高，具有很好的魯棒性、穩(wěn)定性和抗干擾能力。
1 BLDCM數(shù)學(xué)模型[2,3]
以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)為例，直接利用電機(jī)本身的相變量建立BLDcM的數(shù)學(xué)模型。假設(shè)磁路不飽和，不考慮渦流和磁滯損耗，三相繞組完全對(duì)稱，則該三相繞組的電壓平衡方程可以表示為：
式中：u a、u b、u c為定子相繞組電壓；i a、i b、i c為定子相繞組電流；r a、e b、e c為定子相繞組電動(dòng)勢(shì)；L為每相繞組的自感；M為每?jī)上嗬@組間的互感；un為中性點(diǎn)電壓；r為定子繞組電阻；p為微分算子，  對(duì)于三相對(duì)稱的星形繞組電動(dòng)機(jī)，i a+i b+i c=O，所以M ia+M ib+M ic=O，故式(1)化簡(jiǎn)為：  式中：Te為電磁轉(zhuǎn)矩；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；B為阻尼系數(shù)；ω為電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速；J為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
2 BLDcM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本文設(shè)計(jì)的DLDCM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)采用帶有速度環(huán)和電流環(huán)的雙閉環(huán)控制，
電流環(huán)采用傳統(tǒng)的Pl控制，基本能滿足系統(tǒng)要求；速度環(huán)由傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器替換為一種動(dòng)態(tài)遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PI控制器，即將動(dòng)態(tài)遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器和PI調(diào)節(jié)器復(fù)合構(gòu)成速度調(diào)節(jié)器，便于系統(tǒng)在不同的運(yùn)行條件下，自動(dòng)在PI控制和動(dòng)態(tài)遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器之間切換。PI控制器的參數(shù)根據(jù)常規(guī)整定法設(shè)計(jì)。當(dāng)系統(tǒng)給定發(fā)生突變，出現(xiàn)狀態(tài)或結(jié)構(gòu)干擾引起參數(shù)變化而致使系統(tǒng)發(fā)生振蕩或超調(diào)時(shí)，軟開關(guān)s便自動(dòng)切換至遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
控制器。對(duì)系統(tǒng)發(fā)生的振蕩或超調(diào)的情況，該控制器能迅速作出準(zhǔn)確判斷，并通過速度的調(diào)節(jié)，以減少系統(tǒng)超調(diào)并加快系統(tǒng)響應(yīng)。當(dāng)它檢測(cè)到系統(tǒng)發(fā)生振蕩(即∑| ei|≠∑ei)或超調(diào)(即e=o，但de/dt≠0)時(shí)，開關(guān)s自動(dòng)從常規(guī)PI控制切換至遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器工作狀態(tài)。開關(guān)s的自動(dòng)切換選擇由智能協(xié)調(diào)器在線協(xié)調(diào)與控制，由于不同控制器之間的切換容易產(chǎn)生控制量的 |
