永磁無刷直流電機(jī)的非線性PID自學(xué)習(xí)控制研究.pdf

1、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)作為一種具有高新科技的微型電機(jī)，集電機(jī)和電力電子于一體，其轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，機(jī)械特性和調(diào)控特性優(yōu)良，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、效率高，這一系列顯著的優(yōu)點(diǎn)使得它被廣泛應(yīng)用于伺服驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)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(jī)成為電機(jī)和控制領(lǐng)域熱衷關(guān)注的重點(diǎn)。但是，由于永磁無刷直流電機(jī)采用的是時(shí)變、非線性、強(qiáng)耦合的控制系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的控制方法很難達(dá)到它的理想控制狀

2、態(tài)。針對(duì)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(duì)電機(jī)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(dòng)機(jī)的研究現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)。從永磁無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)著手，介紹了構(gòu)成電機(jī)基本組成環(huán)節(jié)的電機(jī)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(jī)的運(yùn)行原理，并分析了電機(jī)的運(yùn)行特性。推導(dǎo)出此類電機(jī)的各微分方程，包括電壓方程、用

3、于轉(zhuǎn)矩測(cè)量的轉(zhuǎn)矩方程和測(cè)量轉(zhuǎn)速的運(yùn)動(dòng)方程，并根據(jù)這些方程表達(dá)式建立了永磁無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。創(chuàng)建了電機(jī)狀態(tài)空間模型，從永磁無刷直流電機(jī)的速度控制系統(tǒng)的角度，分析了電機(jī)的雙閉環(huán)調(diào)速原理，并簡(jiǎn)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(jī)的調(diào)速系統(tǒng)具有非線性、時(shí)變性、強(qiáng)耦合等特性，設(shè)計(jì)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(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)和穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上改良了傳統(tǒng)PID控制

4、器:將三個(gè)不同的雙曲函數(shù)分別替換常規(guī)PID的三個(gè)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(shí)時(shí)調(diào)整三個(gè)非線性增益函數(shù)的增益系數(shù)，實(shí)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(duì)電機(jī)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(duì)永磁無刷直流電機(jī)的速度調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，將采用本文設(shè)計(jì)的基于雙曲函數(shù)的非線性PID自學(xué)習(xí)控