基于改進混合遺傳算法的永磁無刷直流電動機
調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計
龍 駒
(西華大學，四川成都610039)
摘要：以永磁無刷直流電動機作為被控對象，運用一種改進的混合遺傳算法對其速度控制器的參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計，該算法針對常規(guī)遺傳算法搜索效率低和早熟收斂的缺點，通過將單純形法與自適應(yīng)遺傳算法相組合形成了一種全局優(yōu)化算法，并進行仿真分析和驗證，證實了采用該算法確能起到更好優(yōu)化調(diào)速性能的目的：
關(guān)鍵詞：永磁無刷直流電動機；改進混合遺傳算法；仿真
中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)01—0037—03
0 引言
永磁無刷贏流電動機采用高磁能積的永磁體勵磁，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小、動態(tài)特性好、電氣時間常數(shù)小、轉(zhuǎn)矩波動小、功率因數(shù)高、響應(yīng)快等優(yōu)點，在高控制精度與高可靠性等方面顯示出的優(yōu)越性能，使得永磁無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)正成為當代調(diào)速領(lǐng)域研究中的熱門課題。
1永磁無刷直流電動機速度控制器的優(yōu)化設(shè)計
1．1速度控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理簡介
永磁無刷直流電動機速度控制系統(tǒng)是由電流和轉(zhuǎn)速兩個控制環(huán)節(jié)構(gòu)成，如圖1所示。其中電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，而速度環(huán)則作為外環(huán)。參考速度與速度反饋量形成偏差，經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流參考量，它與電流反饋量的偏差經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量去控制三相逆變器工作，從而實現(xiàn)電動機的速度控制。要構(gòu)成性能良好的速度控制系統(tǒng)，關(guān)鍵是要采用更好的優(yōu)化算法對速度調(diào)節(jié)器的PI參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。本文應(yīng)用改進遺傳算法對速度調(diào)節(jié)器的PI參數(shù)進行優(yōu)化。
1.2控制器優(yōu)化模型的建立
基于改進遺傳算法優(yōu)化的速度控制系統(tǒng)模型組成如圖2所示；
因為永磁無刷直流電動機速度控制系統(tǒng)有(超凋量)及ts(調(diào)節(jié)時間)兩個性能指標，故速度調(diào)節(jié)器優(yōu)化設(shè)計的任務(wù)便是綜合調(diào)配性能指標，使之達到用戶能滿意的****結(jié)果。我們按照調(diào)節(jié)器的常規(guī)工程設(shè)計法整定Kp、Ti的兩個參數(shù)值Kp、Ti，然后在此兩個數(shù)值附近生成初始種群。這種方法可充分利用常規(guī)工程設(shè)計法的合理內(nèi)核，使搜索空間大大縮小，從而能迅速搜索到****解。
遺傳算法的調(diào)節(jié)任務(wù)是使性能指標J最小，同時為了避免超調(diào)，本文的性能指標，在ITAE性能指標的基礎(chǔ)上進行了改進，引入了懲罰功能，將超調(diào)量作為****指標的一項，于是得到****的性能指標J：
式中：e(t)為系統(tǒng)誤差，e(t)=r(z)一y(t)；w1、w2、w3、w4為權(quán)值，且w4》w1；u(t)為控制器輸出，tu為上升時間。
綜上所述，于是得到速度調(diào)節(jié)器的優(yōu)化模型方程為：
其中：θ為[O，1]內(nèi)選定的數(shù)，Kp、Ti是按照常規(guī)工程設(shè)計法設(shè)計所的速度調(diào)節(jié)器參數(shù)值。
1．3改進遺傳算法的算法設(shè)計
針對基本遺傳算法的缺陷，同時也為了使遺傳算法應(yīng)用于無刷直流電動機系統(tǒng)時具有****性能，本文在分析各種常用改進遺傳算法的基礎(chǔ)上，吸取了他們的合理內(nèi)核，形成了一種改進的混合遺傳算法，對永磁無刷直流電動機速度調(diào)節(jié)器的PI參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計，取得了滿意的效果。
1．3．1參數(shù)編碼
由于對永磁無刷直流電動機速度控制器進行優(yōu)化設(shè)計實質(zhì)上是一個對多維、高精度要求的數(shù)學 |
