基于粒子群优化算法的无刷直流电机控制策略研究

发布时间：2017-10-13 23:35

  本文关键词：基于粒子群优化算法的无刷直流电机控制策略研究

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【摘要】：无刷直流电机具有调速范围宽、输出转矩大、体积小、噪音低、电磁干扰小等优点,在医疗、工业工控等领域应用广泛。但由于无刷直流电机是一个多变量的非线性时变系统,模块间独立性较差,对其高精度控制难度较大,在一定程度上制约了其发展与应用。本文结合医用电动骨钻的研究,探索应用智能化控制策略提升无刷直流电机的控制性能。模糊控制不依赖于被控对象的精确模型,对于难以建立数学模型、非线性的控制对象有较好的适应性。将模糊控制与PID(Proportional-Integral-Derivative)控制结合形成的参数自整定模糊PID控制方法,可在控制过程中自动地调整PID控制器参数,控制系统较为灵活,但模糊规则和隶属度函数的确定通常需要依赖于专家经验,有一定的局限性。而模糊控制器的参数亦对控制系统的控制效果产生较大影响。本文使用粒子群算法来动态调整模糊控制器参数的方式来弥补模糊控制的不足。在深入研究粒子群优化算法的基础上,针对粒子群算法易陷入局部最优的缺点,提出了一种结合惯性权重非线性递减与分段时变学习因子,并且引进遗传算法思想的改进方法,设计了基于改进粒子群算法优化的模糊PID控制器,动态地调整模糊控制器的参数。最后将设计的智能PID控制器运用于无刷直流电机调速系统之中,仿真实验结果表明,该粒子群模糊PID控制器基本实现了快速无超调的控制要求,转速变换调节效果良好,实现了较宽范围内的无极调速,且系统在突加负载情况下转速稳定性较好,抗干扰能力较强。
【关键词】：电动骨钻 无刷直流电机 粒子群算法 模糊PID控制 建模仿真
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM33;TP18
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景、目的与意义8-9
• 1.2 国内外研究概况9-11
• 1.3 论文的主要研究内容11-13
• 2 无刷直流电机基本原理13-20
• 2.1 无刷直流电机基本结构13-14
• 2.2 工作原理14-15
• 2.3 无刷直流电机的数学模型15-16
• 2.4 无刷直流电机调速特性及调速策略16-19
• 2.5 本章小结19-20
• 3 粒子群优化算法研究与改进20-28
• 3.1 粒子群算法简介20
• 3.2 标准粒子群算法20-22
• 3.3 粒子群优化算法的基本流程22-23
• 3.4 粒子群优化算法的改进23-26
• 3.5 改进的粒子群优化算法流程26-27
• 3.6 本章小结27-28
• 4 基于改进粒子群算法的模糊PID控制器设计28-37
• 4.1 模糊控制基本理论28-30
• 4.2 自适应模糊PID控制30-34
• 4.3 基于改进粒子群算法优化的模糊PID控制器设计34-36
• 4.4 本章小结36-37
• 5 无刷直流电机控制系统仿真37-52
• 5.1 无刷直流电机控制系统建模37-45
• 5.2 系统仿真实验45-51
• 5.3 本章小结51-52
• 6 总结与展望52-54
• 6.1 本文总结52-53
• 6.2 课题展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-60

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本文编号：1027715