基于非线性动态PID神经网络的无刷直流电机控制系统设计

摘要

无刷直流电机具有结构简单、运行可靠等优点，在国民生产和生活中得到了广泛的应用。随着社会的发展，人们对无刷直流电机性能的要求也越来越高。通过电机本体优化设计、电力电子装置的控制及各种先进控制策略可以改善无刷直流电机性能，具有很大的经济效益和社会效益。
　　 本文通过改进控制策略来提高无刷直流电机的性能。由于无刷直流电机具有非线性、多变量、强耦合的特性，传统的PID控制算法很难满足高精度伺服系统的性能要求，难以实现电机的高精度运行。传统神经网络具有自适应能力强、可在线学习的特点，对非线性、时变性、强耦合性的对象有较好的控制效果，但其控制结构过于复杂，参数过多不易实现在线调整。
　　 针对以上问题，本文提出了一种非线性动态PID神经网络控制算法，以实现对无刷直流电机的高精度控制。首先针对普通神经网络算法存在的局限性，分析了神经网络激励函数的类型，对神经网络学习率做了深入的研究，给出了保证神经网络算法收敛时学习率的选择域。并将传统PID的比例、积分、微分系数随误差变化的曲线分别用指数函数形式来代替从而构造了非线性动态PID控制律。通过神经网络在线训练PID的三个权系数来实现无刷直流电机的非线性智能控制。
　　 最后，本文基于Matlab/Simulink建立了无刷直流电机双闭环控制系统模型，分别将传统PID控制和非线性神经网络PID控制应用在外环的速度控制上。从仿真结果可以看出，本文提出的非线性动态PID神经网络控制算法控制效果好，比传统PID控制有明显优势。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2无刷直流电机的发展历程

1.3无刷直流电机的应用场合

1.4无刷直流电机控制的国内外研究现状

1.4.1转矩波动抑制研究

1.4.2无位置传感器控制技术

1.4.3无刷直流控制器的研究

1.5无刷直流电机的控制策略发展趋势

1.6本文的主要研究内容

1.6.1选题意义

1.6.2本文主要工作

第二章无刷直流电机的控制系统理论

2.1无刷直流电机本体结构

2.2无刷直流电机的运行原理

2.3无刷直流电机的数学模型

2.3.1微分方程模型

2.3.2传递函数模型

2.3.3状态空间模型

2.4无刷直流电机的调速控制系统

2.4.1 PID调速原理

2.4.2无刷直流电机的智能控制技术

第三章神经网络PID控制

3.1神经网络

3.1.1神经网络的发展史

3.1.2神经网络基础

3.1.3神经网络激励函数类型

3.2基于单神经元网络PID控制

3.2.1单神经元网络PID控制器原理

3.2.2神经网络学习率研究

3.2.3单神经元网络PID收敛性分析

3.2.3单神经元网络PID控制仿真

3.3基于非线性动态PID神经网络控制

3.3.1非线性动态PID神经网络控制原理

3.3.2非线性动态PID神经网络控制仿真

3.4本章小结

第四章基于非线性动态PID神经网络的无刷直流电机建模与仿真

4.1无刷直流电机控制系统建模

4.1.1本体功能模块及电压逆变器模块

4.1.2转矩测量模块

4.1.3转速测量模块

4.1.4速度控制模块

4.1.5参考电流模块

4.1.6电流滞环控制模块

4.2无刷直流电机控制系统仿真结果与分析

4.3本章小结

结论与展望

全文总结

本文的主要特色和创新点

展望

参考文献

致 谢

附录