改進遺傳算法PID在雙閉環BLDCM控制系統中的應用研究

朱雪璇

摘 要：無刷自流電機（BLDCM）控制系統具有非線性和多變量的特性，傳統的PID難滿足系統的要求，文章采用改進遺傳算法優化PID控制器，并應用到雙閉環BLDCM控制系統中去，通過仿真實驗，發現能夠非常精準的控制，適應性也較強。

關鍵詞：遺傳算法；PID智能控制器；無刷直流電機

無刷直流電流的應用非常廣泛，但傳統的控制器難解決無刷直流電機的時變性、非線性等特性，引進智能控制器PID非常有必要。智能控制可以解決許多傳統控制不了解決的問題，同時數學復雜性又不是非常高，將智能控制引入無刷直接電機控制系統是毋庸置疑的。智能控制的常用算法有人工神經元算法和遺傳算法等，文章提出一種改進的遺傳算法，對無刷直流電機的PID智能控制器進行優化，解決無刷直流電機的難題。

1 雙閉環BLDCM控制系統

雙閉環電刷直流電機控制系統是電刷直流電機的重要組成部分，實現電機的正轉和反轉的操作，電刷直流電機控制系統通常采用AT29C51單片機，實現電動機的控制操作。但傳統的控制系統存在響應速度慢和魯棒性等現象。雙閉環BLDCM控制系統由三相PWM逆變器、速度控制器和電流滯環控制器三個部分組成，通過一個電流環和一個轉速環控制電刷直流電機，精度，響應時間和魯棒性都非常好。雙閉環BLDCM控制系統控制框圖如圖1所示。

雙閉環BLDCM控制系統的數學模型直接對控制系統進行建模，傳統的算法是人工神經無算法或遺傳算法，文章提出一種改進型遺傳算法，有利于智能控制的優化。雙閉環BLDCM控制系統的數學模型由等效圖決定。雙閉環BLDCM控制系統等效圖如圖2所示。

2 改進遺傳算法PID在雙閉環BLDCM控制系統中的應用

2.1 傳統PID算法

在計算機控制中，只能根據采樣時刻的偏差值計算控制量，因此，一般使用數字PID，以下增量式數字PID：△u（k）=kp[e（k）-k]+kie（k）+kd[e（k）-2e（k-1）+e（k-2）]，其中，kp，ki，kd分別為比例，積分，微分系數。

2.2 改進遺傳算法PID

為了獲得滿意的動態過程，采用誤差絕對值時間積分性能指標作為參數選擇的最小目標函數。為防止控制量過大，在目標函數中加入控制輸入的平方項。選公式（1）作為參數選取的最優指標。

2.3 仿真實驗

通過等效圖建立數學模型，按照常規工程設計方法計算控制對象的傳遞函數為：415/s2+90s，遺傳算法中使用的樣本個數為30，進化代數為60，w1=0.956，w2=0.002，w3=2，w4=60。優化后的參數kp=2.879，ki=0.0524，kd=0.029，性能指標J=4.5785。優化后的PID控制的階躍響應以及負載突變的響應曲線如圖3所示。

3 結束語

總之，將改進遺傳算法應用到無刷直流電機的控制系統中，可以較好的控制參數的適應性和魯棒性。改進遺傳算法PID只關注控制對象的輸入與輸出情況，解決了傳統控制器解決不了的問題，提高了傳統控制器的精度。改進遺傳算法PID實時控制過程中并沒有復雜的運算，運算響應速度較快，應用到無刷直流電機的控制系統，經濟效益和實用價值都比較高。

參考文獻

[1]國珍.改進遺傳算法在無刷直流電機調速系統PID參數優化中的應用[J].組合機床與自動化加工技術，2013（7）.

[2]武志勇，郭宏，呂振華，等.基于遺傳算法的雙余度無刷直流電機優化設計[J].北京航空航天大學學報，2011，37（12）：1541-1545+1568.