[发明专利]一种基于灰狼优化的无刷直流电机控制器的参数优化方法

说明书

本发明公开了一种基于灰狼优化的无刷直流电机控制器的参数优化方法，包括：建立无刷直流电机反电动势观测器，将线性误差函数加入到观测器结构中，构造了一种由线性误差函数项与非线性误差反馈项相结合的新观测器结构；引入灰狼优化算法(GWO)对新观测器的增益K₁、K₂以及线性误差函数项中可调参数c进行寻优求值；根据电机的期望输出速度和实际输出速度的误差值建立误差积分准则ITAE，由ITAE作为灰狼算法寻优的目标函数，确定算法寻优效果。该方法与传统无刷直流电机反电动势观测器相比，通过改造其传统结构加速估算状态量的收敛速度；同时通过引入灰狼算法对其参数的优化进一步保证了观测器误差收敛的快速性和估计信号抖振的最小化，可以最大限度地减小低速范围内高开关增益的问题。

技术领域

本发明涉及无刷直流电机无传感器控制领域，尤其涉及一种基于灰狼优化的无刷直流电机控制器的参数优化方法。

背景技术

与传统的交直流电机相比，永磁无刷直流电机具有功率密度大、效率高、转矩大、损耗小、成本低等特点，在一些高性能驱动如航空航天，医疗机械等领域得到了广泛的应用。传统无刷直流电机控制器通常采用安装机械传感器获取转子位置信息来对其进行换相控制。然而，随着各工业控制领域对系统的精度、响应速度以及稳定性能等要求不断提高以及电机作业环境不断恶化，传统的控制器由于内部传感器抗干扰性差，结构复杂等缺点，已经不能满足现代电机高湿高温的作业环境，一种合理的控制算法对无刷直流电机的未来发展变得尤为重要。

反电动势法是目前应用相对成熟广泛的一种无传感器控制方法。该方法通过检测电机反电势过零点移相π/6获得转子换相点，但由于电机工作环境的复杂性以及电磁干扰等因素往往不能准确的判断该换相点，且在电机低速运行时，反电动势较弱，难以检测捕捉其过零点。针对上述问题，学者提出反电动势观测器法，通过测量三相端电压和线电流构造线反电动势观测器来估算一系列电机信息得出转子换相点，很好的解决了上述过零点难以准确测量的问题。然而，传统方法估计的反电动势包含大量高频干扰分量，且构造观测器时需要基于极点配置的方法选择K₁和K₂两个增益值，这种方法选择的增益参数最大值因噪声的放大而受限制，在电机全速运行时极易出现估算信号抖动，造成估算值出现误差等问题。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于灰狼优化的无刷直流电机控制器的参数优化方法，具体包括如下步骤：

S1：建立无刷直流电机反电动势观测器，将线性误差函数加入到观测器结构中，构造了一种由线性误差函数项与非线性误差反馈项相结合的新观测器结构；

S2：引入灰狼优化算法(GWO)对新观测器的增益K₁、K₂以及线性误差函数项中可调参数c进行寻优求值；

S3：根据电机的期望输出速度和实际输出速度的误差值建立误差积分准则ITAE，由ITAE作为灰狼算法寻优的目标函数确定算法寻优结果.

进一步的，S1中具体采用如下方式：

S11：无刷直流电机反电动势观测器的建立

无刷直流电机三相绕组对称分布，忽略内部磁滞、涡流等损耗，功率开关管等为理想开关，则无刷直流电机的定子绕组电压方程可表示为：

将上式(1)改写成以线电流和反电动势为观测量的状态方程，以i_ab为例，则无刷直流电机反电动势数学模型：

式中，y_ab＝i_ab,以及C＝[1 0]。

上式系统为可观系统，构建反电势信号观测矩阵为：