遺傳優化的模糊免疫PID控制器在SRM中的應用
喬維德
(常州市廣播電視大學，江蘇常州213001)
摘要：針對開關磁阻電機驅動系統的嚴重非線性、時變和強耦合性．應用免疫反饋機理和模糊控制理論，在傳統PID控制器基礎上設計一種模糊免疫PID控制器，并提出利用遺傳算法對PID控制器參數進行優化設計方法。仿真結果表明，基于遺傳優化的模糊免疫PID控制器具有良好的調速和控制特性，其控制眭能明顯優于傳統PID控制和模糊免疫HD控制。
關鍵詞：開關磁阻電機；遺傳算法；模糊免疫PID；控制
中圖分類號：TM352 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)01—0008—03
0引言
開關磁阻電動機(簡稱SRM)調速系統是隨著電力電子技術、微電腦技術和控制技術發展起來的新一代交流無級調速系統，其顯著特點是電機結構簡單、調速范圍廣、起動轉矩大、調速和控制性能好、效率高。SRM在低壓和小功率的應用場合，大大優于普通的異步電動機和直流電動機，目前已引起了國內外學者的普遍關注和深入研究，并在很多領域得到了廣泛的應用。但SRM磁路的高度非線性決定了它是一個時變的、非線性系統，很難求得其精確的數學模型，所以應用傳統的線性控制方法(如PID控制)難以滿足動態較快的SRM非線性、變結構、變參數的要求。為了使SRM系統取得優良的調速性能和控制品質，本文將遺傳算法、模糊控制和免疫反饋機理與傳統的PID控制相結合，設計了一種模糊免疫自適應PID控制器，利用遺傳算法優化控制器參數，并將它應用于SRM調速系統中，借助MAT—LAB進行仿真實驗，其控制效果明顯優于傳統PID控制器和模糊免疫HD控制器，具有很強的魯棒性和自適應能力。
1 SRM基本原理
圖1是SRM的結構示意圖,定、轉子為雙凸極結構。如果將定、轉子的相對位置作為起始位置，依次讓定子B相繞組通電時，就會產生一個使鄰近轉子與該B相繞組軸線重合的電磁轉矩，轉子便逆著勵磁順序按逆時針方向連續旋轉；若依次給C相繞組通電，則轉子將順時針旋轉，因此，SRM的轉向取決于相繞組通電次序，而與相繞組的電流方向無關。
由于SRM是高度機電一體化的無級調速系統，包括電氣部分、機械部分和機電聯系部分，其數學模型描述為：
式中：Uk、Rk、ik、ψk分別為第k相繞組的電壓、電阻、電流和磁鏈。
(2)轉矩方程
式中：Wk、Tk分別為電機第k相的磁場儲能和產生的電磁轉矩；θ為轉子位置角；Ttotal為總的電磁轉矩(即各相轉矩之和)。
(3)機械運動方程
式中：J為系統轉動慣量，B為摩擦系數，TL為負載轉矩。
上述數學模型中，由于SRN存在嚴重的飽和效應、邊緣效應和非線性，加之運行時的開關性和受控性，無法建立比較精確的數學關系，因而傳統的線性控制方法已難以滿足SRM非線性、變參數的要求，不能取得理想的控制效果。
2 SRM驅動系統設計
SRM調速系統主要由SRM、功率變換器、控制器、位置檢測器等部分組成，控制器是系統的中樞，它接受速度指令、速度反饋信號及電流傳感器、位置傳感器等信息，并對其進行綜合分析處理，發出控制信號，實現對SRM運行狀態的有效控制。本文控制器采用遺傳算法優化的模糊免疫PID控制器。系統結構圖如圖2所示。
2.1免疫PID控制原理
免疫PID控制器是借鑒生物系統的免疫機理而設計的一種非線性控制器。 |
