基于改进布谷鸟算法的永磁同步电机自抗扰控制研究

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永磁同步电机(PMSM)控制技术的研究与永磁体材料、半导体、自动控制理论、电力电子、人工智能等学科关系密切。随着国家发展战略的调整,中国制造2025、高质量发展等目标对传统工业提出了更高的要求。传统PI控制器难以对工业现场中电机各种内外部变化做出快速而精确的应对,在高性能的PMSM驱动系统中力有不及。因此,必须结合先进控制理论,充分考虑永磁同步电机的特点,设计出性能更高、适应性更强的先进控制器,以获得高性能的PMSM控制系统,使其满足复杂的工业现场环境及各种应用条件的控制需求。对此,本文提出一种基于改进布谷鸟算法的自抗扰控制系统对PMSM的电流与转速进行控制。首先,基于PMSM的结构与坐标变换原理,分析其数学模型,对常用的矢量控制策略与空间矢量脉宽调制方法做了简要说明。此外,详细介绍了自抗扰控制器的设计理念与内部各环节数学模型,并分析了各环节在控制过程中所发挥的作用,为控制器设计提供了理论依据。其次,根据PMSM电流与转速的状态方程结合自抗扰控制理论,分别设计电流环与转速环自抗扰控制器。针对控制器关键环节参数缺少选取依据与有效整定方法的问题,分别采用贪婪选择策略与布朗运动方法在传统布谷鸟算法的基础上设计了两种改进布谷鸟算法,通过与传统布谷鸟算法和遗传算法的对比,验证了改进算法的稳定性与收敛性。使用贪婪选择策略改进的布谷鸟算法对电流环控制器参数进行整定,设计不同输入信号验证电流跟踪效果。使用布朗运动方法改进的布谷鸟算法对转速环控制器参数进行整定,在电流滞环系统的转速外环中验证了转速控制效果。将所设计的电流环与转速环自抗扰控制器与传统PI控制器的控制效果进行了对比,验证了参数整定效果与自抗扰控制器的控制效果。最后,完成PMSM自抗扰矢量控制系统的模型搭建,以实现基于改进布谷鸟算法的PMSM自抗扰控制策略的设计。分析验证PMSM自抗扰控制系统在电机处于多种工作状态、不同参数以及参数误差时的控制性能,得出基于改进布谷鸟算法的PMSM自抗扰控制系统具有控制精度高、鲁棒性强、性能稳定等优点。
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