遗传优化的模糊免疫PID控制器在SRM中的应用
乔维德
(常州市广播电视大学,江苏常州213001)
摘要:针对开关磁阻电机驱动系统的严重非线性、时变和强耦合性.应用免疫反馈机理和模糊控制理论,在传统PID控制器基础上设计一种模糊免疫PID控制器,并提出利用遗传算法对PID控制器参数进行优化设计方法。仿真结果表明,基于遗传优化的模糊免疫PID控制器具有良好的调速和控制特性,其控制眭能明显优于传统PID控制和模糊免疫HD控制。
关键词:开关磁阻电机;遗传算法;模糊免疫PID;控制
中图分类号:TM352 文献标识码:A 文章编号:1004—7018(2008)01—0008—03
0引言
开关磁阻电动机(简称SRM)调速系统是随着电力电子技术、微电脑技术和控制技术发展起来的新一代交流无级调速系统,其显著特点是电机结构简单、调速范围广、起动转矩大、调速和控制性能好、效率高。SRM在低压和小功率的应用场合,大大优于普通的异步电动机和直流电动机,目前已引起了国内外学者的普遍关注和深入研究,并在很多领域得到了广泛的应用。但SRM磁路的高度非线性决定了它是一个时变的、非线性系统,很难求得其精确的数学模型,所以应用传统的线性控制方法(如PID控制)难以满足动态较快的SRM非线性、变结构、变参数的要求。为了使SRM系统取得优良的调速性能和控制品质,本文将遗传算法、模糊控制和免疫反馈机理与传统的PID控制相结合,设计了一种模糊免疫自适应PID控制器,利用遗传算法优化控制器参数,并将它应用于SRM调速系统中,借助MAT—LAB进行仿真实验,其控制效果明显优于传统PID控制器和模糊免疫HD控制器,具有很强的鲁棒性和自适应能力。
1 SRM基本原理
图1是SRM的结构示意图,定、转子为双凸极结构。如果将定、转子的相对位置作为起始位置,依次让定子B相绕组通电时,就会产生一个使邻近转子与该B相绕组轴线重合的电磁转矩,转子便逆着励磁顺序按逆时针方向连续旋转;若依次给C相绕组通电,则转子将顺时针旋转,因此,SRM的转向取决于相绕组通电次序,而与相绕组的电流方向无关。
由于SRM是高度机电一体化的无级调速系统,包括电气部分、机械部分和机电联系部分,其数学模型描述为:
式中:Uk、Rk、ik、ψk分别为第k相绕组的电压、电阻、电流和磁链。
(2)转矩方程
式中:Wk、Tk分别为电机第k相的磁场储能和产生的电磁转矩;θ为转子位置角;Ttotal为总的电磁转矩(即各相转矩之和)。
(3)机械运动方程
式中:J为系统转动惯量,B为摩擦系数,TL为负载转矩。
上述数学模型中,由于SRN存在严重的饱和效应、边缘效应和非线性,加之运行时的开关性和受控性,无法建立比较精确的数学关系,因而传统的线性控制方法已难以满足SRM非线性、变参数的要求,不能取得理想的控制效果。
2 SRM驱动系统设计
SRM调速系统主要由SRM、功率变换器、控制器、位置检测器等部分组成,控制器是系统的中枢,它接受速度指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器等信息,并对其进行综合分析处理,发出控制信号,实现对SRM运行状态的有效控制。本文控制器采用遗传算法优化的模糊免疫PID控制器。系统结构图如图2所示。
2.1免疫PID控制原理
免疫PID控制器是借鉴生物系统的免疫机理而设计的一种非线性控制器。 |