[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

说明书

本发明公开了一种基于改进天牛须算法的无刷直流电机优化方法，包括以下步骤：步骤1，构建待优化的无刷直流电机转速、电流双闭环调速系统数学模型，并根据该模型在Matlab/Simulink中搭建无刷直流电机控制系统仿真模型；步骤2，建立天牛须算法的初始值和随机单位朝向，将天牛须算法迭代位置三维分解赋值于PID三个参数，设定改进天牛须算法中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。本发明通过采用改进天牛须算法优化无刷直流电机转速环PID三个控制参数，与原始天牛须算法和任意设定PID控制参数相比,电机调速控制系统具有良好的动、静态特性、转速响应快，抗干扰性强。

技术领域

本发明属于无刷直流电机领域，特别涉及一种基于改进天牛须算法的无刷直流电机优化方法。

背景技术

无刷直流电机随着电力电子和永磁材料的快速发展，在机器人、航天航空、电动汽车等领域得到了广泛的应用，也对电机的控制系统提出了更高的要求。速度控制的快速性、稳定性、鲁棒性是衡量电机的重要指标。传统调速系统采用的 PID控制方案简单实用，但随着科技进步和精度要求的提高，经典PID控制技术越发显现出信号处理太简单、控制参数不随环境调整等不足和适应性慢等缺陷。

近年来，为提高电机调速性能，众多学者采用人工鱼群算法、遗传算法和天牛须算法等在内的众多智能控制方法与电机系统结合。其中，天牛须算法由于具有结构简单，寻优时收敛速度和求解精度较好等优点逐渐被广泛关注，但是在无刷直流电机控制系统应用之中，提高天牛须算法在全局搜索和局部搜索过程中搜索效率和精度仍是一个难点。现有技术中步长在迭代过程中变化率保持不变，既不利于初始时快速寻找局部最优值，也不利于后期提高收敛速度，运算效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进天牛须算法的无刷直流电机优化方法，以解决现有技术中优化控制方法在全局搜索和局部搜索过程中天牛须算法的搜索效率低下和精度效果不佳的技术问题。

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，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，其中电流环采用现有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。

优选的，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”。

优选的，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；