基于改进广义预测控制算法的无刷直流电机控制仿真

发布时间：2019-12-03 01:21

【摘要】：针对无刷直流电机(BLDCM)负载运行时稳态跟踪误差大、电机性能受负载不确定性影响的缺点,提出了一种基于改进广义预测控制(GPC)算法的BLDCM调速方法.基于dSPACE公司汽车仿真模型(ASM)中的BLDCM模型设计了BLDCM的控制系统并进行仿真研究.仿真结果显示:当电机从静止跟踪到设定200r/min转速时,稳态精度达到0.5r/min;当电机受到幅值为1N·m的正弦波变化的负载扰动时,转速最大波动为1.5r/min,与传统比例—积分—微分(proportion-integral-derivative,PID)控制与滑模控制算法相比,所设计控制器使转速波动减小超过3.3%.因此,改进GPC算法控制器能够有效抑制负载扰动,提高系统转速跟踪精度.
【图文】：

对比图,变化负载,测量值,换相

是系统的外部信号，必须实际可测．由式(19)可知，电机要克服负载转矩，必须有相应大小的电枢绕组电流，但是由于换相的影响，该电流值在换相期间出现脉动，严重偏离负载转矩的值．所以若要得到稳定准确的负载估计值，必须将换相期间的电流脉动滤除．本文以霍尔位置编码跳变时刻为换相起点，以关断相电流完全关断作为换相结束点，在换相期间保持换相前一时刻的电流采样值，非换相期间正常采样，得到稳定的负载反馈值．与电流环相电流反馈相比，负载反馈滤除了换相引起的波动，，补偿负载引起的预测模型和控制对象的失配．图1是设定负载为TL=1+sin(ωt)时，负载反馈的测量值与设定值对比图．图中在设定负载最低点有较大误差是由于电机本体转动惯量的影响．图1设定变化负载时的测量值Fig．1Themeasuredvalueofthesettingloadresult352信息与控制46卷

控制系统图,控制系统

引入的负载反馈的情况下，控制量改变为u(t)=u(t－1)+dT(yr－f)+αFL(25)式中，α为转矩反馈系数，0＜α＜1．3．2基于改进GPC的BLDCM控制系统图2为设计的基于改进GPC算法的BLDCM控制系统，其中BLDCM的速度调节采用改进GPC控制，BLDCM的电流调节采用PI控制．对象输出的期望采用从当前输出y(t)到设定转速信号ω经过“柔化”过渡的参考轨迹．“柔化”的方法采用了按照PID轨迹变化的形式，这种方法不仅起到了从当前值到给定值平滑过渡的作用，而且可以得到使未来输出更接近于设定PID轨迹的控制增量．在得到柔化轨迹yr之后，结合t－1时刻的未来控制增量，经过式(11)计算得到t－1时刻的未来输出预测值ym=^y，得到优化性能指标(5)最优解，即为未来控制增量．将未来控制增量的首个元素作为当前控制增量，与当前t时刻输出量累加，即为u(t+1)．更新得到的输出量u(t+1)经过负载反馈补偿作为电流环PI控制器的输入，PI控制器输出量作为PWM占空比控制信号，与霍尔位置传感器输出的逻辑信号共同作用，顺序控制功率开关器件的导通与关断，完成电机的换相与调速．图2基于改进GPC的BLDCM控制系统Fig．2BLDCMcontrolsystembasedontheimprovedGPC4仿真研究为了验证前面理论分析的结果，在Matlab/Simulink中搭建BLDCM调速控制系统的模型并对其进行仿真实验研究，其中速度调节采用改进GPC控制算法，电流调节采用PI控制算法，控制对象为dSPACEASM模型中的BLDCM模型．在仿真研究中，电机本体参数为:定子相电阻Ｒ=0．2Ω，定子相电感L=0．0004H，转动惯量J=0．00744kg·m2，转矩系数kt=0．128N·m/A，阻尼系数B=0．01，磁极对数P=4．由这些电机本体参数和采样周期Ts=0．00005s计算可得:a=－0．998，b=0．00272，即B(z

【参考文献】