[发明专利]一种无刷直流电机双闭环调速系统多目标优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机双闭环调速系统多目标优化方法，属于电机调速优化技术领域。

背景技术

无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor,BLDCM)具有结构简单、运行可靠、维护方便以及无机械换向器等优点，特别是随着电力电子技术及新型永磁材料发展和迅速成熟，无刷直流电机已经被广泛使用在工业生产中。

目前无刷直流电机调速系统运用最典型是双闭环调速系统，其中双闭环调速系统是由速度控制器和电流控制器控制；双闭环调速系统中控制器常选用原理简单、应用广泛的PI控制器。由于整定控制器参数直接影响无刷直流电机双闭环调速系统的控制性能，因此PI参数值的大小尤为重要。

无刷直流电机双闭环调速系统通常由人工经验整定速度和电流控制器的参数大小，可是这种方法不但费时费力而且控制系统性能差。为了能够得到一个误差小、响应速度快以及抗干扰能力强的双闭环调速系统，可以采用先进人工智能算法对无刷直流电机双闭环调速系统优化。但是很多智能算法经常会出现“早熟”和局部收敛能力差等现象，优化结果并不理想。

传统智能算法对PI参数优化时，通常都是只考虑某一个控制环的偏差值，得出的结果并不是最优解，并且从元器件的保养角度看，考虑控制器的输出量也十分重要，否则很容易造成元器件损坏，从而加大维修成本。因此，设计一个先进优化算法和多目标适应度函数方法来整定双闭环调速系统的控制器参数就显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种针对现有无刷直流电机双闭环调速系统进行改进，引入转速偏差和电流偏差，采用量子遗传算法能够有效提高无刷直流电机工作调速工作效率的无刷直流电机双闭环调速系统多目标优化方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种无刷直流电机双闭环调速系统多目标优化方法，包括如下步骤：

步骤001.建立无刷直流电机双闭环调速系统，其中，包括速度环、电流环和无刷直流电机，速度环中包括速度控制器，电流环中包括电流控制器，电流环接收速度环的输出量，作为电流环的输入电流值，进入步骤002；

步骤002.针对速度控制器中比例-积分控制器的比例系数kp₁和积分时间常数ki₁，设定取值范围；以及针对电流控制器中比例-积分控制器的比例系数kp₂和积分时间常数ki₂，设定取值范围；并初始化迭代次数m＝1，进入步骤003；

步骤003.根据比例系数kp₁、积分时间常数ki₁、比例系数kp₂和积分时间常数ki₂的取值范围，随即产生预设组数的控制器参数，其中，各组控制器参数分别包括比例系数kp₁、积分时间常数ki₁、比例系数kp₂和积分时间常数ki₂的取值，并进入步骤004；

步骤004.将各组控制器参数分别代入对应速度控制器中的比例-积分控制器，以及电流控制器中的比例-积分控制器；同时，针对无刷直流电机设定一个预设额定转速，控制无刷直流电机开始工作，并进入步骤005；

步骤005.分别对应于各组控制器参数，分别获取无刷直流电机工作过程中的实际转速和实际电流值，并分别获取无刷直流电机实际转速与预设额定转速之间的转速偏差v(t)，以及无刷直流电机实际电流值与电流环所接收输入电流值之间的电流偏差e(t)，并进入步骤006；

步骤006.分别对应于各组控制器参数，根据如下适应度函数f，分别获得各组控制器参数所对应的适应度函数值f；

其中，f为适应度函数值，t为无刷直流电机的运行时间，ω₁、ω₂分别为转速偏差v(t)的绝对值积分项和电流偏差e(t)的绝对值积分项分别乘以无刷直流电机的运行时间t后，所获得的速度控制器权重和电流控制器权重，并且0＜ω₁、ω₂＜1，ω₁+ω₂＝1，进入步骤007；

步骤007.判断迭代次数m是否等于预设总迭代次数，是则进入步骤008；否则进入步骤009；