摘要：针对当前锁相速度控制器的参数整定多采用试验加试凑的方式由人工进行优化，提出了一种以快捕带为目标函数的锁相速度控制器新型蚁群参数优化策略。建立了目标函数，推导了蚁群算法锁相速度控制器参数优化方法，并给出了新算法的具体实现步骤，最后将该优化方案用于磁悬浮控制力矩陀螺的高速无刷直流电机速度控制。仿真研究表明，该锁相速度控制器参数优化策略具有很强的适应性、鲁棒陛，进而通过实验验证了该方案的可行性和有效性。

关键词：蚁群算法；锁相速度控制；参数优化；高速无刷直流电机；磁悬浮控制力矩陀螺

中图分类号：tm36 +1    文献标志码：a    文章编号：1001-6848（2010）06-0054-05

    在电机调逮领域，锁相速度控制技术在高精度速度控制方面具有独特的优势，当电机的反馈信号和参考频率信号同步时，转速的稳态精度可达百分之0 1~0. 02，远优于传统pid控制。电机锁相控制的研究重点是改善动态性能和抗干扰性能，其中采用双模速度控制不仅避免了鉴相器的非线性工作区，并且能够获得良好的动态性能和较高的稳态精度。文献[2]采用模型参考自适应理论动态调节锁相环环路增益，加快了受到负载转矩干扰时电机转速的恢复过程，兼顾了稳态精度和抗负载扰动的能力，但文中没有具体给出鉴频鉴相增益和低通滤波器时间常数等环路参数的整定方法，而锁相环的环路参数的选择，对环路的性能影h向较大。在实际应用中，一般采用试验加试凑的整定方法，这对运行状况的适应性不能保证，因此，研究和寻求锁相控制器参数的自动整定和优化方法，以适应复杂的工况和高指标的控制要求，成为锁相调速技术应用的重要课题。

    蚁群算法是由m．dorigo等提出的一种全新的模拟进化算法，在解决旅行商问题、二次分配问题

    高速无刷直流电机锁相转速控制器参数蚁群优化王志强，等等应用中表现出相当好的性能，该算法采用正反馈搜索机制和启发式策略，具有鲁棒性强、适于并行处理，对一般函数优化问题性能优异，对不连续、不可微、局部极值点密集的函数，同样具有很好的寻优能力。本文提出了一种基于蚁群算法的锁相速度控制器自动整定参数优化方法，给出了具体的优化步骤。仿真研究表明，该锁相速度控制器参数优化策略具有很强的适应性和鲁棒性，并在磁悬浮控制力矩陀螺用高速永磁无刷直流电机上的验证了该方案的可行性和有效性。

    锁相电机速度控制( plsc)系统主要由鉴频鉴相器( pfd)、环路滤波器(lpf)及压控振荡器(vc0)等三个基本部件组成，如图1所示。其中，最为关键的部件是鉴相器，其输出一般呈现出非线性的特性，只在锁相环接近锁定时才呈现线性比例特性。在电动机锁相调速系统中，用转矩控制器、电动机和光电码盘取代vc0，电动机的输出转速经光电码盘或霍尔转子位置传感器转化为与电动机转子转速成比例的脉冲信号，pfd比较参考输入脉冲信号与光电码盘或霍尔转子位置传感器输出的脉冲信号的相位。

   

    电动机的动态特性使锁相调速系统成为比电子锁相环高一阶的系统，其动态特性使锁相调速系统在性能和要求上与电子锁相环有着明显的不同，与电子锁相环相比，锁相调速系统时间常数大、频率低、调速范围宽。因电动机存在大的机械惯量，使系统的带宽变窄，系统的时问常数比电子锁相环要大得多，系统很难靠频率牵引作用入锁。为此本文采用双模速度控制，系统结构如图2所示，包括速度控制器和转矩控制器两部分。

  速度控制器有两种模式，pid控制和锁相控制。当速度误差的****值大于预先设定的误差带时，只有速度pid控制作用，使电机迅速加速或减速，文中采用了文献[ 9-11]的pid蚁群优化算法对速度pid控制器进行参数整定。当速度误差的****值小于预先设定的误差带时，转入锁相控制模式，在稳态只有锁相控制作用，使系统获得高的稳态精度。plsc系统在鉴频鉴相阶段的数学模型为