[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

摘要

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，基于量子遗传算法实现针对无刷直流电机双闭环调速系统的多目标优化，能够有效解决了人工整定费时费力、误差大等问题，以及克服了以往算法“早熟”和局部收敛能力差等困难；另外设计多目标适应度函数，可以有效防止控制量过大而造成元器件损害，有利于得到良好的调速系统。

主权项

一种无刷直流电机双闭环调速系统多目标优化方法，其特征在于，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；f=1∫0∞[ω1t|v(t)|+ω2t|e(t)|]dt]]>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；步骤008.获得各组控制器参数所对应适应度函数值中的最大适应度函数值，并获得该最大适应度函数值对应的一组控制器参数，该组控制器参数即为最优控制器参数，将最优控制器参数中的比例系数kp1、积分时间常数ki1、比例系数kp2和积分时间常数ki2分别代入速度控制器中的比例‑积分控制器和电流控制器中比例‑积分控制器，实现针对无刷直流电机双闭环调速系统的控制，优化方法结束；步骤009.针对各组控制器参数，分别按如下模型进行量子编码，即获得比例系数kp1、积分时间常数ki1、比例系数kp2和积分时间常数ki2所对应的量子编码为α1α2α3α4β1β2β3β4;]]>|j1>＝α1|0>+β1|1>；|j2>＝α2|0>+β2|1>；|j3>＝α3|0>+β3|1>；|j4>＝α4|0>+β4|1>；其中，|j1>表示比例系数kp1在量子力学中的表示状态，|j2>表示积分时间常数ki1在量子力学中的表示状态，|j3>表示比例系数kp2在量子力学中的表示状态，|j4>表示积分时间常数ki2在量子力学中的表示状态；αi表示|0>的概率，βi表示|1>的概率，且|αi|2+|βi|2＝1，i＝{1、2、3、4}；进入步骤010；步骤010.获得各组控制器参数所对应适应度函数值中的最大适应度函数值，并获得该最大适应度函数值对应的一组控制器参数，并获得该组控制器参数所对应的量子编码，作为当前迭代最优量子编码，然后根据如下公式，并结合现有量子旋转角选择策略，分别将其余各组控制器参数所对应的量子编码向着该当前迭代最优量子编码的方向进行演化，更新获得除当前迭代最优量子编码以外的各组量子编码；αi′βi′=cosθi-sinθisinθicosθiαiβi]]>其中，θi为量子旋转门的旋转角度，αi'为αi演化后的更新值，βi'为βi演化后的更新值，分别用αi'和βi'的值去更新对应αi和βi的值；进入步骤011；步骤011.根据更新获得的各组量子编码，获得该各组量子编码所分别对应的各组控制器参数，并将该各组控制器参数与当前迭代最优量子编码所对应的一组控制器参数构成预设组数的控制器参数，将迭代次数m的值加1，针对迭代次数m进行更新，并返回步骤004。