永磁無刷直流電機的非線性PID自學(xué)習(xí)控制研究.pdf

1、永磁無刷直流電動機作為一種具有高新科技的微型電機，集電機和電力電子于一體，其轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，機械特性和調(diào)控特性優(yōu)良，且結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、效率高，這一系列顯著的優(yōu)點使得它被廣泛應(yīng)用于伺服驅(qū)動與傳動系統(tǒng)中。隨著稀土永磁體如NdFeB等大量高性能的永磁材料的出現(xiàn)，使得研究和開發(fā)永磁無刷直流電機成為電機和控制領(lǐng)域熱衷關(guān)注的重點。但是，由于永磁無刷直流電機采用的是時變、非線性、強耦合的控制系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的控制方法很難達到它的理想控制狀

2、態(tài)。針對這一難題，本文提出了一種基于雙曲函數(shù)的非線性PID自學(xué)習(xí)控制方法，將該方法用于對電機速度的調(diào)節(jié)中，具有很好的控制效果。本文主要就以下內(nèi)容展開研究:
　　本論文首先介紹了永磁無刷直流電動機的研究現(xiàn)狀和國內(nèi)外發(fā)展趨勢。從永磁無刷直流電機的結(jié)構(gòu)著手，介紹了構(gòu)成電機基本組成環(huán)節(jié)的電機本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路等，并在此基礎(chǔ)上，闡述了永磁無刷直流電機的運行原理，并分析了電機的運行特性。推導(dǎo)出此類電機的各微分方程，包括電壓方程、用

3、于轉(zhuǎn)矩測量的轉(zhuǎn)矩方程和測量轉(zhuǎn)速的運動方程，并根據(jù)這些方程表達式建立了永磁無刷直流電機的數(shù)學(xué)模型。創(chuàng)建了電機狀態(tài)空間模型，從永磁無刷直流電機的速度控制系統(tǒng)的角度，分析了電機的雙閉環(huán)調(diào)速原理，并簡明介紹了幾種典型的控制器。
　　其次，本文考慮到永磁無刷直流電機的調(diào)速系統(tǒng)具有非線性、時變性、強耦合等特性，設(shè)計了一種非線性PID自學(xué)習(xí)控制方法。該方法結(jié)合了傳統(tǒng)PID控制器的結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)和穩(wěn)定性強等優(yōu)點，在此基礎(chǔ)上改良了傳統(tǒng)PID控制

4、器:將三個不同的雙曲函數(shù)分別替換常規(guī)PID的三個增益參數(shù)隨誤差變化的曲線，從而構(gòu)造出了雙曲函數(shù)和PID結(jié)合的自學(xué)習(xí)控制律，并使用該自學(xué)習(xí)算法實時調(diào)整三個非線性增益函數(shù)的增益系數(shù)，實現(xiàn)了基于雙曲函數(shù)的非線性PID自學(xué)習(xí)控制。這種非線性PID自學(xué)習(xí)控制算法的應(yīng)用對電機的速度系統(tǒng)控制具有明顯改良效果。
　　最后，在Simulink仿真環(huán)境中，對永磁無刷直流電機的速度調(diào)控系統(tǒng)進行模擬仿真，將采用本文設(shè)計的基于雙曲函數(shù)的非線性PID自學(xué)習(xí)控