摘 要： 針對傳統(tǒng)PID控制器在無刷直流電機控制時的魯棒性差、精度低等缺點，在分析BLDCM數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計了RFBNN自適應(yīng)PID控制器應(yīng)用于無刷直流電機控制系統(tǒng)。通過Matlab/Simulink環(huán)境下的仿真實驗表明，與傳統(tǒng)的PID控制方法相比，該方法大大改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性，減小了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力和抗干擾能力，滿足了系統(tǒng)的控制性能要求。
關(guān)鍵詞： 無刷直流電機；自適應(yīng)控制；Matlab/Simulink
無刷直流電機BLDCM（Brushless DC Motor）體積小、重量輕、效率高，在性能上保持了普通直流電動機的優(yōu)點，且克服了有刷直流電機機械換向帶來的一系列缺點，因此在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域[1]得到廣泛應(yīng)用。
傳統(tǒng)PID控制原理簡單、使用方便，但依賴于被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，對于無刷直流電機的多變量、非線性時變、強耦合的系統(tǒng)[2]難以達到很好的控制效果。本文將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)算法應(yīng)用于PID控制中，能夠有效克服傳統(tǒng)PID控制器在被控對象具有非線性、時變不確定性和難以建立精確的數(shù)學(xué)模型時出現(xiàn)的參數(shù)整定不良和性能欠缺等缺陷，具有強魯棒性和好的自適應(yīng)性，使控制器適應(yīng)被控對象參數(shù)的任何變化，能達到很好的控制效果。
1 BLDCM的數(shù)學(xué)模型
無刷直流電機[3-4]可以看作是一臺用電子換相裝置取代機械換相的直流電動機，它由電動機本體、驅(qū)動控制電路和轉(zhuǎn)子位置檢測器等主要部分構(gòu)成，其原理框圖如圖1所示。
無刷直流電機采用兩兩導(dǎo)通的三相六狀態(tài)的通電方式，為簡化模型的建立和分析，作如下假設(shè)：
（1）磁路不飽和，不計渦流和磁滯損耗。
?。?）忽略齒槽效應(yīng)，三相對稱的星形繞組均勻分布于光滑定子內(nèi)表面。
（3）不考慮電樞反應(yīng)，氣隙磁場分布近似梯形波，平頂寬度近似120°電角度。
?。?）轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組，永磁體不起阻尼作用。
則三相電壓平衡方程為：
2.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
RBF網(wǎng)絡(luò)是一種三層前向網(wǎng)絡(luò)，由輸入層、隱含層和輸出層組成。從輸入層到隱含層的變換函數(shù)的映射為非線性，從隱含層到輸出層的映射為線性，可通過調(diào)整權(quán)系數(shù)來改變網(wǎng)絡(luò)的輸出，從而加快學(xué)習(xí)速度，避免局部極小值的問題。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。
從圖4、圖5可以看出，本文設(shè)計的基于RBFNN自適應(yīng)PID控制方法，不僅使無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的響應(yīng)速度快、超調(diào)量小、控制精度高，且對外界干擾波動很小，自適應(yīng)能力很強，穩(wěn)定性能好。
針對無刷直流電機轉(zhuǎn)速控制中的高度非線性時變性、多變量難以控制的問題，本文提出了基于RBFNN自適應(yīng)PID控制的方法。該方法充分利用了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性逼近能力強，實時性好，輸出誤差小等優(yōu)點，實時地調(diào)整PID控制參數(shù)以實現(xiàn)最優(yōu)控制。Matlab仿真結(jié)果表明，該控制方法不僅使系統(tǒng)達到了較好的動靜態(tài)特性，而且在突加負(fù)載情況，控制器仍能保持較好的控制效果，使系統(tǒng)具有便強的自適應(yīng)能力。
參考文獻
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