基于改進混合遺傳算法的永磁無刷直流電動機

    調速系統(tǒng)的優(yōu)化設計

    龍   駒

(西華大學，四川成都610039)

    摘要：以永磁無刷直流電動機作為被控對象，運用一種改進的混合遺傳算法對其速度控制器的參數(shù)進行了優(yōu)化設計，該算法針對常規(guī)遺傳算法搜索效率低和早熟收斂的缺點，通過將單純形法與自適應遺傳算法相組合形成了一種全局優(yōu)化算法，并進行仿真分析和驗證，證實了采用該算法確能起到更好優(yōu)化調速性能的目的：

    關鍵詞：永磁無刷直流電動機；改進混合遺傳算法；仿真

    中圖分類號：TM33  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2008)01—0037—03

0 引言

    永磁無刷贏流電動機采用高磁能積的永磁體勵磁，具有結構簡單、體積小、重量輕、轉動慣量小、動態(tài)特性好、電氣時間常數(shù)小、轉矩波動小、功率因數(shù)高、響應快等優(yōu)點，在高控制精度與高可靠性等方面顯示出的優(yōu)越性能，使得永磁無刷直流電動機調速系統(tǒng)正成為當代調速領域研究中的熱門課題。

1永磁無刷直流電動機速度控制器的優(yōu)化設計

1．1速度控制系統(tǒng)的構成及工作原理簡介

    永磁無刷直流電動機速度控制系統(tǒng)是由電流和轉速兩個控制環(huán)節(jié)構成，如圖1所示。其中電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，而速度環(huán)則作為外環(huán)。參考速度與速度反饋量形成偏差，經(jīng)過速度調節(jié)器調節(jié)后產(chǎn)生電流參考量，它與電流反饋量的偏差經(jīng)過電流調節(jié)器調節(jié)后形成PWM占空比的控制量去控制三相逆變器工作，從而實現(xiàn)電動機的速度控制。要構成性能良好的速度控制系統(tǒng)，關鍵是要采用更好的優(yōu)化算法對速度調節(jié)器的PI參數(shù)進行優(yōu)化設計。本文應用改進遺傳算法對速度調節(jié)器的PI參數(shù)進行優(yōu)化。

1.2控制器優(yōu)化模型的建立

    基于改進遺傳算法優(yōu)化的速度控制系統(tǒng)模型組成如圖2所示；

    因為永磁無刷直流電動機速度控制系統(tǒng)有(超凋量)及ts(調節(jié)時間)兩個性能指標，故速度調節(jié)器優(yōu)化設計的任務便是綜合調配性能指標，使之達到用戶能滿意的****結果。我們按照調節(jié)器的常規(guī)工程設計法整定K_p、T_i的兩個參數(shù)值K_p、T_i，然后在此兩個數(shù)值附近生成初始種群。這種方法可充分利用常規(guī)工程設計法的合理內(nèi)核，使搜索空間大大縮小，從而能迅速搜索到****解。

    遺傳算法的調節(jié)任務是使性能指標J最小，同時為了避免超調，本文的性能指標，在ITAE性能指標的基礎上進行了改進，引入了懲罰功能，將超調量作為****指標的一項，于是得到****的性能指標J：

式中：e(t)為系統(tǒng)誤差，e(t)=r(z)一y(t)；w₁、w₂、w₃、w₄為權值，且w₄》w₁；u(t)為控制器輸出，t_u為上升時間。

    綜上所述，于是得到速度調節(jié)器的優(yōu)化模型方程為：

其中：θ為[O，1]內(nèi)選定的數(shù)，K_p、T_i是按照常規(guī)工程設計法設計所的速度調節(jié)器參數(shù)值。

1．3改進遺傳算法的算法設計

    針對基本遺傳算法的缺陷，同時也為了使遺傳算法應用于無刷直流電動機系統(tǒng)時具有****性能，本文在分析各種常用改進遺傳算法的基礎上，吸取了他們的合理內(nèi)核，形成了一種改進的混合遺傳算法，對永磁無刷直流電動機速度調節(jié)器的PI參數(shù)進行了優(yōu)化設計，取得了滿意的效果。

1．3．1參數(shù)編碼

    由于對永磁無刷直流電動機速度控制器進行優(yōu)化設計實質上是一個對多維、高精度要求的數(shù)學