[发明专利]一种基于改进天牛须算法的无刷直流电机优化方法

权利要求书

1.一种基于改进天牛须算法的无刷直流电机优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、构建无刷直流电机转速、电流双闭环调速系统的数学模型和无刷直流电机控制系统的仿真模型，所述仿真模型采用双闭环控制方式，其中电流环采用PID控制方法，而转速环采用改进天牛须算法优化PID控制方法；

步骤2、建立天牛须算法的初始值和随机单位朝向，设定改进天牛须算法中的天牛更新原则和终止条件，利用改进天牛须算法获得电机最优控制参数，并通过系统仿真，将系统产生误差带入适应度函数计算适应度值，利用该适应度值对天牛进行位置和朝向更新；

改进天牛须算法中，步长的计算方式按照如下进行：

其中：step_start为初始权重值；step_end为结束迭代时权重值；t为当前迭代次数；T_max为最大迭代次数。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进天牛须算法的无刷直流电机优化方法，其特征在于，仿真模型为在Matlab/Simulink中搭建的仿真模型，所述步骤2中将天牛须算法迭代位置三维分解赋值于PID三个参数k_p、k_i、k_d，并将前述的三个参数整合在一起作为一只“天牛”。

3.根据权利要求2所述的一种基于改进天牛须算法的无刷直流电机优化方法，其特征在于，改进天牛须算法对PID参数的优化步骤如下：

(1)天牛位置和天牛须朝向初始化，计算天牛左右须适应度值，确定天牛运动方向；

(2)更新天牛位置和朝向，计算此时左右须适应度值，确定下步天牛运动方向；

(3)根据BAS算法迭代得到的位置进行三维分解并依次赋值给PID三个参数k_p、k_i、k_d，在Matlab/Simulink中对系统仿真，将系统产生误差带入适应度函数计算适应度值；

(4)将上步适应度值与设定最小适应值比较，若小于最小适应值或达到最大迭代次数，则迭代结束，得到最佳PID参数值，仿真结束；否则自第二步起重复执行后续步骤。

4.根据权利要求3所述的一种基于改进天牛须算法的无刷直流电机优化方法，其特征在于，天牛须算法的具体计算步骤包括：

S1、对于一个n维空间优化问题，确定左右须坐标x_l、x_r，质心坐标x，两须之间距离d₀，步长step；

S2、天牛朝向任意，故右须指向左须的向量朝向也是任意的，产生一个随机向量dir＝rand(n，1)，对此归一化dir＝dir/norm(dir)，n为n维空间的维数，可得：

S3、对于待优化函数f，求取左右两须的值：F_left＝f(x_l)，F_right＝f(x_r)，判断两个值大小；

其中：x^t+1表示天牛t+1次迭代质心坐标；step表示步长。

5.根据权利要求1所述的一种基于改进天牛须算法的无刷直流电机优化方法，其特征在于，步骤1中，无刷直流电机采用两相导通星形三相六状态控制系统，建立无刷直流电机数学模型，无刷直流轮毂电机定子电压平衡方程矩阵表达式可写为：

式中：u_a、u_b、u_c分别指电机U、V、W三相的相电压；i_a、i_b、i_c分别指U、V、W三相的相电流；e_a、e_b、e_c分别指U、V、W三相的相反电动势，R为电机三相绕组上的电阻；L_s为绕组上的电感；M为每两相绕组之间的互感。