摘 要： 針對傳統(tǒng)PID控制器在無刷直流電機(jī)控制時(shí)的魯棒性差、精度低等缺點(diǎn)，在分析BLDCM數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了RFBNN自適應(yīng)PID控制器應(yīng)用于無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。通過Matlab/Simulink環(huán)境下的仿真實(shí)驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)的PID控制方法相比，該方法大大改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，減小了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力和抗干擾能力，滿足了系統(tǒng)的控制性能要求。
關(guān)鍵詞： 無刷直流電機(jī)；自適應(yīng)控制；Matlab/Simulink
無刷直流電機(jī)BLDCM（Brushless DC Motor）體積小、重量輕、效率高，在性能上保持了普通直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，且克服了有刷直流電機(jī)機(jī)械換向帶來的一系列缺點(diǎn)，因此在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域[1]得到廣泛應(yīng)用。
傳統(tǒng)PID控制原理簡單、使用方便，但依賴于被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，對于無刷直流電機(jī)的多變量、非線性時(shí)變、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)[2]難以達(dá)到很好的控制效果。本文將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)算法應(yīng)用于PID控制中，能夠有效克服傳統(tǒng)PID控制器在被控對象具有非線性、時(shí)變不確定性和難以建立精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)出現(xiàn)的參數(shù)整定不良和性能欠缺等缺陷，具有強(qiáng)魯棒性和好的自適應(yīng)性，使控制器適應(yīng)被控對象參數(shù)的任何變化，能達(dá)到很好的控制效果。
1 BLDCM的數(shù)學(xué)模型
無刷直流電機(jī)[3-4]可以看作是一臺(tái)用電子換相裝置取代機(jī)械換相的直流電動(dòng)機(jī)，它由電動(dòng)機(jī)本體、驅(qū)動(dòng)控制電路和轉(zhuǎn)子位置檢測器等主要部分構(gòu)成，其原理框圖如圖1所示。
無刷直流電機(jī)采用兩兩導(dǎo)通的三相六狀態(tài)的通電方式，為簡化模型的建立和分析，作如下假設(shè)：
（1）磁路不飽和，不計(jì)渦流和磁滯損耗。
（2）忽略齒槽效應(yīng)，三相對稱的星形繞組均勻分布于光滑定子內(nèi)表面。
（3）不考慮電樞反應(yīng)，氣隙磁場分布近似梯形波，平頂寬度近似120°電角度。
（4）轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組，永磁體不起阻尼作用。
則三相電壓平衡方程為：
2.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
RBF網(wǎng)絡(luò)是一種三層前向網(wǎng)絡(luò)，由輸入層、隱含層和輸出層組成。從輸入層到隱含層的變換函數(shù)的映射為非線性，從隱含層到輸出層的映射為線性，可通過調(diào)整權(quán)系數(shù)來改變網(wǎng)絡(luò)的輸出，從而加快學(xué)習(xí)速度，避免局部極小值的問題。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。
從圖4、圖5可以看出，本文設(shè)計(jì)的基于RBFNN自適應(yīng)PID控制方法，不僅使無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的響應(yīng)速度快、超調(diào)量小、控制精度高，且對外界干擾波動(dòng)很小，自適應(yīng)能力很強(qiáng)，穩(wěn)定性能好。
針對無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制中的高度非線性時(shí)變性、多變量難以控制的問題，本文提出了基于RBFNN自適應(yīng)PID控制的方法。該方法充分利用了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性逼近能力強(qiáng)，實(shí)時(shí)性好，輸出誤差小等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)時(shí)地調(diào)整PID控制參數(shù)以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。Matlab仿真結(jié)果表明，該控制方法不僅使系統(tǒng)達(dá)到了較好的動(dòng)靜態(tài)特性，而且在突加負(fù)載情況，控制器仍能保持較好的控制效果，使系統(tǒng)具有便強(qiáng)的自適應(yīng)能力。
參考文獻(xiàn)
[1] FURUHASHI T. A position-and-velocity sensorless control for brushless DC motors using an adaptive sliding mode observer[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 1992，39（2）：89-95．
[2] PILLAY P， MODELING K R. Simulation and analysis of permanent magnet motor drives[J]． IEEE Transactions on Industry Applications，1989，25（2）：265-273．
[3] 高瑾，胡育文，黃文新．基于反電勢形狀函數(shù)法的無刷直流電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[J]．南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，39（4）：417-422．
[4] 張琛．直流無刷電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004．
[5] 林嘉宇，劉熒.RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)梯度下降訓(xùn)練方法的學(xué)習(xí)步長優(yōu)化[J].信號處理，2002，18（1）：43-48．
[6] 劉海珊，陳宇晨．無刷直流電機(jī)PID控制系統(tǒng)仿真及實(shí)驗(yàn)研究[J]．系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009，21（16）：5157-5160．