改進遺傳算法PID在雙閉環(huán)BLDCM控制系統(tǒng)中的應用研究

朱雪璇

摘 要：無刷自流電機（BLDCM）控制系統(tǒng)具有非線性和多變量的特性，傳統(tǒng)的PID難滿足系統(tǒng)的要求，文章采用改進遺傳算法優(yōu)化PID控制器，并應用到雙閉環(huán)BLDCM控制系統(tǒng)中去，通過仿真實驗，發(fā)現(xiàn)能夠非常精準的控制，適應性也較強。

關鍵詞：遺傳算法；PID智能控制器；無刷直流電機

無刷直流電流的應用非常廣泛，但傳統(tǒng)的控制器難解決無刷直流電機的時變性、非線性等特性，引進智能控制器PID非常有必要。智能控制可以解決許多傳統(tǒng)控制不了解決的問題，同時數(shù)學復雜性又不是非常高，將智能控制引入無刷直接電機控制系統(tǒng)是毋庸置疑的。智能控制的常用算法有人工神經(jīng)元算法和遺傳算法等，文章提出一種改進的遺傳算法，對無刷直流電機的PID智能控制器進行優(yōu)化，解決無刷直流電機的難題。

1 雙閉環(huán)BLDCM控制系統(tǒng)

雙閉環(huán)電刷直流電機控制系統(tǒng)是電刷直流電機的重要組成部分，實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的操作，電刷直流電機控制系統(tǒng)通常采用AT29C51單片機，實現(xiàn)電動機的控制操作。但傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)存在響應速度慢和魯棒性等現(xiàn)象。雙閉環(huán)BLDCM控制系統(tǒng)由三相PWM逆變器、速度控制器和電流滯環(huán)控制器三個部分組成，通過一個電流環(huán)和一個轉(zhuǎn)速環(huán)控制電刷直流電機，精度，響應時間和魯棒性都非常好。雙閉環(huán)BLDCM控制系統(tǒng)控制框圖如圖1所示。

雙閉環(huán)BLDCM控制系統(tǒng)的數(shù)學模型直接對控制系統(tǒng)進行建模，傳統(tǒng)的算法是人工神經(jīng)無算法或遺傳算法，文章提出一種改進型遺傳算法，有利于智能控制的優(yōu)化。雙閉環(huán)BLDCM控制系統(tǒng)的數(shù)學模型由等效圖決定。雙閉環(huán)BLDCM控制系統(tǒng)等效圖如圖2所示。

2 改進遺傳算法PID在雙閉環(huán)BLDCM控制系統(tǒng)中的應用

2.1 傳統(tǒng)PID算法

在計算機控制中，只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，因此，一般使用數(shù)字PID，以下增量式數(shù)字PID：△u（k）=kp[e（k）-k]+kie（k）+kd[e（k）-2e（k-1）+e（k-2）]，其中，kp，ki，kd分別為比例，積分，微分系數(shù)。

2.2 改進遺傳算法PID

為了獲得滿意的動態(tài)過程，采用誤差絕對值時間積分性能指標作為參數(shù)選擇的最小目標函數(shù)。為防止控制量過大，在目標函數(shù)中加入控制輸入的平方項。選公式（1）作為參數(shù)選取的最優(yōu)指標。

2.3 仿真實驗

通過等效圖建立數(shù)學模型，按照常規(guī)工程設計方法計算控制對象的傳遞函數(shù)為：415/s2+90s，遺傳算法中使用的樣本個數(shù)為30，進化代數(shù)為60，w1=0.956，w2=0.002，w3=2，w4=60。優(yōu)化后的參數(shù)kp=2.879，ki=0.0524，kd=0.029，性能指標J=4.5785。優(yōu)化后的PID控制的階躍響應以及負載突變的響應曲線如圖3所示。

3 結束語

總之，將改進遺傳算法應用到無刷直流電機的控制系統(tǒng)中，可以較好的控制參數(shù)的適應性和魯棒性。改進遺傳算法PID只關注控制對象的輸入與輸出情況，解決了傳統(tǒng)控制器解決不了的問題，提高了傳統(tǒng)控制器的精度。改進遺傳算法PID實時控制過程中并沒有復雜的運算，運算響應速度較快，應用到無刷直流電機的控制系統(tǒng)，經(jīng)濟效益和實用價值都比較高。

參考文獻

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