呂豐 李振強(qiáng) 李澤洋 彭緩緩

摘要：文章針對(duì)無(wú)刷電機(jī)速度系統(tǒng)固有的問(wèn)題，分別設(shè)計(jì)模糊控制器和自適應(yīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。通過(guò)分析系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并建立Simulink仿真平臺(tái)，對(duì)設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，自適應(yīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有超調(diào)量小、調(diào)節(jié)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：無(wú)刷電機(jī)；模糊控制；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TM351 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）07-0014-02

無(wú)刷直流電機(jī)（BLDCM）作為采用電子換向[1]的強(qiáng)耦合[2]的非線性系統(tǒng)，常規(guī)PID難以完成精確控制的任務(wù)。智能控制[3]及新型控制算法[4]已成為研究的主流，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[5]等。本文對(duì)設(shè)計(jì)的兩種控制器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)仿真證明所設(shè)計(jì)的控制器的有效性。

1 無(wú)刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

假定BLDCM定子三相繞組120°對(duì)稱，忽略氣隙磁導(dǎo)和渦流損耗的影響，根據(jù)定子三相繞組的電壓方程式，由于三相對(duì)稱，，化簡(jiǎn)電壓方程，可得狀態(tài)方程為：

2 模糊PID控制器的設(shè)計(jì)

誤差（E）和誤差變化率（EC）作為模糊控制器的輸入量，E和EC的基本論域確定為[-3，3]?？紤]到精度要求，將[-3，3]劃分成7個(gè)語(yǔ)言變量，選取三角形隸屬函數(shù)，模糊規(guī)則表如表1所示。

3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的設(shè)計(jì)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種根據(jù)誤差逼近期望輸出的前向網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，自適應(yīng)控制器由兩部分組成，如圖2所示。

圖中，，，是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值，，，是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)值，和為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值。

4 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真及分析

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的BLDCM控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，BLDCM參數(shù)設(shè)置如表2所示。

系統(tǒng)仿真參數(shù)如下：直流電源220V，飽和模塊幅值限定在±45內(nèi)，周期t=0.0001s，轉(zhuǎn)速曲線如圖3所示。

由轉(zhuǎn)速曲線可以看出，在n=2000r/s的設(shè)定轉(zhuǎn)速下，常規(guī)PID的超調(diào)量最大，調(diào)節(jié)時(shí)間最長(zhǎng)；通過(guò)對(duì)比模糊控制器，可見，自適應(yīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的超調(diào)量最小，調(diào)節(jié)時(shí)間最短，控制效果最好。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究了BLDCM系統(tǒng)的兩種控制策略及其建模方法，在Simulink環(huán)境下搭建BLDCM仿真模型進(jìn)行測(cè)試，仿真結(jié)果驗(yàn)證了自適應(yīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有較好的穩(wěn)定性和快速性，控制效果較理想。

參考文獻(xiàn)

[1]李凡.基于FPGA的全數(shù)字無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2010.

[2]王曉遠(yuǎn)，傅濤.基于模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)刷直流電機(jī)控制[J].微電機(jī)，2015，48（11）：33-36.

[3]曹雪，付光杰，牟海維.改進(jìn)的BP網(wǎng)絡(luò)PID控制器在無(wú)刷直流電機(jī)中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2014，（8）：102-104.

[4]李國(guó)芳.基于DSP的無(wú)刷直流電機(jī)伺服系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].青島：青島大學(xué)，2015.

[5]崔磊.基于DSP的無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2015.