基于分数阶PI预测函数对无刷直流电机的调速研究

论文总字数：22107字

目 录

1 绪论 4

1.1选题目的及意义 4

1.2 无刷直流电机的发展状况 4

1.2.1 无刷直流电机的控制策略 4

1.2.2 无刷直流电机的发展趋势 5

1.3 预测控制发展趋势 5

1.3.1 预测控制的种类及特点 6

1.3.2 预测控制的发展前景 6

1.4 本文研究主要内容 6

2 无刷直流电机的控制系统 7

2.1无刷直流电机的基本结构 7

2.2 无刷直流电机的运行原理 7

2.3 无刷直流电机的数学建模 8

2.4 本章小节 10

3 无刷直流电机的各种调速策略 10

3.1 概述 10

3.1.2 预测函数算法 11

3.1.3 分数阶PI预测函数算法 12

3.2 无刷直流电机的调速控制系统 13

3.3 Matlab系统仿真 14

4 总结与展望 18

5 参考文献 19

6 致谢 20

基于分数阶PI预测函数对无刷直流电机的调速研究

丁若宸

(, China)

Abstract: The traditional classic PID control method can no longer meet the requirements of the current brushless DC motor speed control, because some parameter values ​​in the past speed control strategy changes or exceed a certain area, the speed control system of brushless DC motor becomes Unstable. In order to reduce or avoid the occurrence of such situations, a control algorithm combining fractional PI (FOPI) and predictive function (PFC) is adopted and this algorithm is based on an autoregressive moving average model (AMA). This algorithm is The predicted output error is put into the function of the dynamic performance index. The system uses double closed-loop speed control, the current loop is controlled by fractional PI (FOPI), and the speed loop control uses recursive least squares to online identify the prediction model of fractional PI prediction function control (FO-PIPFC). Therefore, the rolling optimization is performed according to the change of each parameter of the prediction model of this control system. Through Matlab simulation, this control algorithm not only has the characteristics of fast response speed, small amount of calculation and overshoot, and good robustness, but also has high anti-interference ability different from traditional PID control, and also solves PFC. Difficulties in model mismatch.

Key words: Fractional PI; prediction function; brushless DC motor; speed control system

1 绪论

1.1选题目的及意义

由于无刷直流电机^[12]具备电子换向器的结构特点，这个特点使得无刷直流电机具有了电刷及机械换向器的能力，从而广泛应用于各个科学领域。正是这种能力让无刷直流电机不光具备了直流电机的优点，还具备了交流电机的部分优点，例如：结构简单；便于调试；运行稳定等。这些种种优点也使无刷直流电机在各领域的发展突飞猛进。在将来无刷直流电机的调速系统的研究，基本是对调速控制策略的进一步优化。

在模型算法控制的基础上，Richalet发表了一种新型预测控制方式^[4]，使得预测函数具备较快的跟踪速度、较好的约束性、计算量小等优点。除此之外，还能对系统运行不稳定经行处理，对过程模型的要求低，时滞、控制精度高，具有较强的鲁棒性。作为预测函数的第三代控制算法，它不光具备预测函数的基本特点，还克服了大量的相关计算，实时原始误差的缺点。该算法与一般预测控制不同，是对控制量结构的强调，控制量被认为是预选基函数的线性组合。目前，预测控制已广泛应用于电机控制，但大部分应用于永磁同步电机，涉及到无刷直流电机的部分还很少。

以往，PID控制是是产业中投入最大量且最完善的控制之一，它的控制方式简便，少量的计算，灵活的参数调整，不需要控制对象的模型，前人在之前对此的研究总结了广泛应用中很多参数调整的经验，但是由于无刷直流电机对动态性能指标的精度及调速的响应速度，传统的PID控制方法已经无法做到如今无刷直流电机调速的要求，因为以往转速控制策略里某些参数值发生变化或超出一定的区域，则无刷直流电机的调速系统就变得不稳定。

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