[发明专利]一种基于ARX模型和PI预测函数的无刷直流电动机控制方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于ARX模型和PI预测函数的无刷直流电动机控制方法，涉及电动机转速控制策略领域。

背景技术

随着电力电子的迅速发展，无刷直流电动机采用电子换相装置取代了传统的有刷换向装置。无刷直流电动机不仅具有直流电动机优良的调速性能，而且具有交流电动机结构简单、运行可靠等优点。随着工业控制对系统的精度、响应速度以及稳定性能等要求越来越高，寻求合理的控制算法变得尤为重要。

无刷直流电动机调速系统中的控制对象是一个非线性系统，传统的PID控制无法满足无刷直流电动机快速性、稳定性和鲁棒性的要求，因此，传统的PID控制很难实现系统的高性能控制。目前在无刷直流电动机的转速控制方法主要有滑模变结构控制、模糊PID控制、神经网络控制等控制算法。上述控制算法均取得了一定的研究成果。但是仍有许多理论问题尚待解决。滑模变结构控制在模型切换时存在抖振的现象，增加了无刷直流电动机的转矩脉动；模糊PID控制在模糊控制规则的优化和模糊控制参数在线调整等方面还存在不足，在实际应用系统中不能得到较好的效果；神经网络控制算法复杂，不利于在线实现。变结构控制与智能控制方法如模糊控制、神经网络等先进控制技术的综合应用尚处于研究的初始阶段，绝大多数研究仅局限于仿真阶段，在理论研究转化为实践研究和实用化方面尚有欠缺。

预测函数控制是一种近年来被广泛重视并得到应用的新型模型预测控制算法。预测函数控制将控制输入结构化为一组预先选定的基函数的线性组合，同时具有控制量计算量小、跟踪快速、鲁棒性好等优点。预测函数不仅在机器人、火炮的目标跟踪、液压传动等快速随动系统中得到广泛应用，在机电类快速对象的应用上也不断取得进展。详细内容见参考文献[夏泽中，张光明.预测函数控制及其在伺服系统中的仿真研究[J].中国电动机工程学报，2005,25（14）：130-134.]。但预测函数是基于被控对象的数学模型的算法，虽然该算法对被控对象的数学模型精度要求不高，但当模型失配时，就会导致控制性能变差，严重时甚至会使系统不稳定。

发明内容

为了解决预测函数在预测模型不匹配时的控制性能变差的不足，本发明提供一种通过PI与预测函数相结合的控制方法对预测函数进行改进。控制量增加了两个可调参数，使得控制调节更加灵活，通过调节两个参数可改善无刷直流电动机的转速响应性能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于ARX模型和PI预测函数的无刷直流电动机控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1、使用ARX模型作为无刷直流电动机被辨识系统的数学模型，ARX模型表示为：

A(z^-1)y(k)＝B(z^-1)u(k-1)+ξ(k)

其中，A(z^-1)＝1+a₁z^-1+…+a_naz^-na，B(z^-1)＝1+b₁z^-1+…+b_nbz^-nb，A(z^-1)、B(z^-1)为关于平移算子z^-1的多项式，a，b分别为A(z^-1)、B(z^-1)关于平移算子z^-1的系数，下标na、nb分别为输入、输出阶次，ξ(k)为零均值、方差为σ²的系统噪声干扰，u(k-1)为k-1时刻的输入电压，y(k)为k时刻的输出转速；

通过递推最小二乘法离线辨识ARX模型中的未知参数A(z^-1)、B(z^-1)，得到ARX预测模型；

步骤2、根据步骤1所辨识得到的ARX预测模型，通过下式计算控制量u(k)：

u(k)=fnT(0)μ]]>

其中：