基于速度环模糊参数自适应PID算法的弹载无刷直流电机控制系统研究

发布时间：2021-06-25 04:52

　　电动舵机是制导炮弹等飞行控制系统的重要组成部分,无刷直流电机作为其主要执行机构,是一种多变量、非线性以及强耦合的复杂系统。为了获得良好的控制性能,研究并设计一种基于速度环模糊参数自适应PID算法。分析弹载无刷直流电机的数学模型和运行特性并搭建其控制仿真模型;设计模糊系统,以参考转速与反馈转速的偏差以及偏差变化率作为输入,以参考电流值作为模糊系统的输出,比较电机控制速度环分别使用传统PI、PID与模糊参数自适应PID算法的控制效果。结果表明:所设计的模糊参数自适应PID算法使得电机在阶跃响应下的上升时间仅约为5 ms,几乎无超调;对于正弦波以及斜坡函数同样具有良好的跟踪效果,具有较好的鲁棒性且运行稳定。 

【文章来源】：兵工学报. 2020,41(S1)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

ΔKi的输出空间曲面

根据模糊关系的Mamdani定义，隶属函数如(9)式所示:式中:x、y分别表示模糊论域上模糊集合A、B中的任意元素;μA(x)、μB(y)分别表示模糊论域上模糊集合A、B的隶属度函数表示模糊集合A→B映射的隶属度函数。

图7所示为弹载电机基于速度环分别使用传统PI、PID以及模糊参数自适应PID 3种控制算法下的转速阶跃响应曲线。设定电机的参考转速为1 000 r/min，从图7中可以看出，速度环PI控制下的BLDCM在启动时具有一定的超调，其上升时间约为0.004 s，调节时间约为0.009 s，超调量约为6.91%;速度环PID控制下的系统无超调，但是其上升时间变长，约为0.01 s;最后速度环模糊参数自适应PID控制下电机的上升时间约为0.005 s，超调量仅约为0.1%.从图7中提取0.008～0.011 s的数据，如图7中放大区域所示，可以看出电机运行平稳后速度环在PI控制下转速存在较大的波动，且此波动一直存在，基于速度环的模糊参数自适应PID算法相比于传统PID控制不仅可以较快地达到预设参考速度，而且转速稳定值更接近于预设转速值。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BP神经网络的PID控制器参数调整[J]. 张永振,苏寒松,刘高华,廖泽龙.  南开大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]无刷直流电机模糊参数自适应PID控制[J]. 荆建立,王艳春,朱永庆.  控制工程. 2018(05)
[3]基于模糊神经网络的相控阵雷达任务调度设计[J]. 郑玉军,田康生,张金林,刘俊凯.  兵工学报. 2016(11)
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本文编号：3248532