[发明专利]一种基于分数阶PI预测函数的无刷直流电机控制方法

摘要

本发明公开了一种基于分数阶PI预测函数的无刷直流电机控制方法，采用速度环和电流环控制，速度环控制采用分数阶PI预测函数控制，电流环控制采用比例控制，电机转子的实际转速与参考转速的比较值经分数阶PI预测函数控制得到参考电流值，参考电流值与实际电流值的比较值经比例控制得到电机驱动电路的控制信号，从而控制电机转速。PI预测函数控制参数采用粒子群算法优化整定。本发明将电机控制扩展到分数阶领域，同时采用粒子群优化法优化控制参数，提高控制精度和实时性。

主权项

一种基于分数阶PI预测函数的无刷直流电机控制方法，其特征在于：采用速度环和电流环控制，所述速度环控制采用分数阶PI预测函数控制，电流环控制采用比例控制，电机转子的实际转速与参考转速的比较值经分数阶PI预测函数控制得到参考电流值，参考电流值与实际电流值的比较值经比例控制得到电机驱动电路的控制信号，从而控制电机转速；所述分数阶PI预测函数控制方法如下：(1)建立无刷直流电机被辨识系统的预测模型，预测k+i时刻的电机转速ym(k+i)；(2)选取参考轨迹：yr(k+i)＝c(k)‑βi[c(k)‑y(k)]其中，yr(k+i)为k+i时刻的参考轨迹，c(k)为k时刻电机的转速设定值，y(k)为k时刻电机的实际转速，β为参考轨迹衰减因子，β＝exp(‑Ts/(Tr/3))，0＜β＜1，Ts为采样周期，Tr为参考轨迹的期望闭环响应时间，并计算k+i时刻电机的转速预测值：其中，为k+i时刻的转速预测值，ym(k)为k时刻模型输出的电机转速；(3)根据未来的参考轨迹和与未来的转速预测值的误差构建分数阶PI预测控制函数，分数阶PI预测控制函数的目标函数如下：其中，Kp为比例增益，Kj＝KiTλqj，Ki为积分系数，T为离散步长，qj为二项式系数，q0＝1，λ为积分阶次，λ取任意非负分数，P为预测时域，M为控制时域，Q、R为控制量加权因子，u(k+i)为k+i时刻的控制量；(4)令控制时域M＝1，采用粒子群优化算法搜索参数Kp、Ki、λ的最优解，从而得到最优控制量u(k)。