摘要：針對(duì)當(dāng)前鎖相速度控制器的參數(shù)整定多采用試驗(yàn)加試湊的方式由人工進(jìn)行優(yōu)化，提出了一種以快捕帶為目標(biāo)函數(shù)的鎖相速度控制器新型蟻群參數(shù)優(yōu)化策略。建立了目標(biāo)函數(shù)，推導(dǎo)了蟻群算法鎖相速度控制器參數(shù)優(yōu)化方法，并給出了新算法的具體實(shí)現(xiàn)步驟，最后將該優(yōu)化方案用于磁懸浮控制力矩陀螺的高速無(wú)刷直流電機(jī)速度控制。仿真研究表明，該鎖相速度控制器參數(shù)優(yōu)化策略具有很強(qiáng)的適應(yīng)性、魯棒陛，進(jìn)而通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：蟻群算法；鎖相速度控制；參數(shù)優(yōu)化；高速無(wú)刷直流電機(jī)；磁懸浮控制力矩陀螺

中圖分類號(hào)：tm36 +1    文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a    文章編號(hào)：1001-6848（2010）06-0054-05

    在電機(jī)調(diào)逮領(lǐng)域，鎖相速度控制技術(shù)在高精度速度控制方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)電機(jī)的反饋信號(hào)和參考頻率信號(hào)同步時(shí)，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度可達(dá)百分之0 1~0. 02，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)pid控制。電機(jī)鎖相控制的研究重點(diǎn)是改善動(dòng)態(tài)性能和抗干擾性能，其中采用雙模速度控制不僅避免了鑒相器的非線性工作區(qū)，并且能夠獲得良好的動(dòng)態(tài)性能和較高的穩(wěn)態(tài)精度。文獻(xiàn)[2]采用模型參考自適應(yīng)理論動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)鎖相環(huán)環(huán)路增益，加快了受到負(fù)載轉(zhuǎn)矩干擾時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速的恢復(fù)過(guò)程，兼顧了穩(wěn)態(tài)精度和抗負(fù)載擾動(dòng)的能力，但文中沒(méi)有具體給出鑒頻鑒相增益和低通濾波器時(shí)間常數(shù)等環(huán)路參數(shù)的整定方法，而鎖相環(huán)的環(huán)路參數(shù)的選擇，對(duì)環(huán)路的性能影h向較大。在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用試驗(yàn)加試湊的整定方法，這對(duì)運(yùn)行狀況的適應(yīng)性不能保證，因此，研究和尋求鎖相控制器參數(shù)的自動(dòng)整定和優(yōu)化方法，以適應(yīng)復(fù)雜的工況和高指標(biāo)的控制要求，成為鎖相調(diào)速技術(shù)應(yīng)用的重要課題。

    蟻群算法是由m．dorigo等提出的一種全新的模擬進(jìn)化算法，在解決旅行商問(wèn)題、二次分配問(wèn)題

    高速無(wú)刷直流電機(jī)鎖相轉(zhuǎn)速控制器參數(shù)蟻群優(yōu)化王志強(qiáng)，等等應(yīng)用中表現(xiàn)出相當(dāng)好的性能，該算法采用正反饋搜索機(jī)制和啟發(fā)式策略，具有魯棒性強(qiáng)、適于并行處理，對(duì)一般函數(shù)優(yōu)化問(wèn)題性能優(yōu)異，對(duì)不連續(xù)、不可微、局部極值點(diǎn)密集的函數(shù)，同樣具有很好的尋優(yōu)能力。本文提出了一種基于蟻群算法的鎖相速度控制器自動(dòng)整定參數(shù)優(yōu)化方法，給出了具體的優(yōu)化步驟。仿真研究表明，該鎖相速度控制器參數(shù)優(yōu)化策略具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性，并在磁懸浮控制力矩陀螺用高速永磁無(wú)刷直流電機(jī)上的驗(yàn)證了該方案的可行性和有效性。

    鎖相電機(jī)速度控制( plsc)系統(tǒng)主要由鑒頻鑒相器( pfd)、環(huán)路濾波器(lpf)及壓控振蕩器(vc0)等三個(gè)基本部件組成，如圖1所示。其中，最為關(guān)鍵的部件是鑒相器，其輸出一般呈現(xiàn)出非線性的特性，只在鎖相環(huán)接近鎖定時(shí)才呈現(xiàn)線性比例特性。在電動(dòng)機(jī)鎖相調(diào)速系統(tǒng)中，用轉(zhuǎn)矩控制器、電動(dòng)機(jī)和光電碼盤取代vc0，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速經(jīng)光電碼盤或霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器轉(zhuǎn)化為與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成比例的脈沖信號(hào)，pfd比較參考輸入脈沖信號(hào)與光電碼盤或霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的脈沖信號(hào)的相位。

   

    電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性使鎖相調(diào)速系統(tǒng)成為比電子鎖相環(huán)高一階的系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)特性使鎖相調(diào)速系統(tǒng)在性能和要求上與電子鎖相環(huán)有著明顯的不同，與電子鎖相環(huán)相比，鎖相調(diào)速系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)大、頻率低、調(diào)速范圍寬。因電動(dòng)機(jī)存在大的機(jī)械慣量，使系統(tǒng)的帶寬變窄，系統(tǒng)的時(shí)問(wèn)常數(shù)比電子鎖相環(huán)要大得多，系統(tǒng)很難靠頻率牽引作用入鎖。為此本文采用雙模速度控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括速度控制器和轉(zhuǎn)矩控制器兩部分。

  速度控制器有兩種模式，pid控制和鎖相控制。當(dāng)速度誤差的****值大于預(yù)先設(shè)定的誤差帶時(shí)，只有速度pid控制作用，使電機(jī)迅速加速或減速，文中采用了文獻(xiàn)[ 9-11]的pid蟻群優(yōu)化算法對(duì)速度pid控制器進(jìn)行參數(shù)整定。當(dāng)速度誤差的****值小于預(yù)先設(shè)定的誤差帶時(shí)，轉(zhuǎn)入鎖相控制模式，在穩(wěn)態(tài)只有鎖相控制作用，使系統(tǒng)獲得高的穩(wěn)態(tài)精度。plsc系統(tǒng)在鑒頻鑒相階段的數(shù)學(xué)模型為