[發明專利]一種基于遞歸模糊神經網絡的永磁同步電機轉速控制器

在審

• 申請號: 201711235087.0
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107968613A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 喬維德
• 申請（專利權）人: 無錫開放大學
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P25/024;H02P27/06;G06N3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及永磁同步電機控制技術領域，具體涉及一種基于蝙蝠-人工蜂群混合算法優化遞歸模糊神經網絡的永磁同步電機轉速控制器設計方法。

背景技術

永磁同步電機(簡稱PMSM)使用高能永磁體代替電勵磁，無勵磁線圈及電刷，體積和損耗小，運行效率和可靠性高，適應外界環境能力強，其技術性能優于永磁無刷直流電機及感應電機等，在電氣傳動系統以及數控機床、工業機器人等小功率應用場合已獲普遍應用。但因永磁同步電機具有高階、參數時變、多變量、嚴重非線性及強耦合性等特點，很難用精確數學模型描述其動態運行過程，且常受負載干擾等不利因素影響，致使抗干擾性能弱，大大影響PMSM系統控制性能。一般PMSM調速系統采用PI控制方法，盡管PI控制算法簡單，并且有一定控制精度，但它仍屬于線性控制，無法達到PMSM嚴重非線性系統高精度、快響應要求。目前，有關學者提出PI控制與人工智能相結合的實驗方案，設計模糊PI、神經網絡PI等控制方法，滿足系統一定的控制要求。模糊控制魯棒性較強，但控制精度不高；神經網絡容錯能力和自學習功能較強，卻學習過程慢。為此，如何綜合模糊邏輯和神經網絡的優點和缺陷，融合模糊邏輯、神經網絡以及PI控制方法，用于設計一種永磁同步電機控制系統的速度調節器，對永磁同步電機實現精確的轉速控制，便成為目前永磁同步電機轉速控制的重點、難點研究課題之一。

發明內容

本發明的目的在于提高永磁同步電機控制系統的速度響應及控制精度，增強控制系統的魯棒性和抗擾動能力，以便更加精準地實現永磁同步電機的速度控制。本發明設計一種基于蝙蝠-人工蜂群混合算法優化遞歸模糊神經網絡的永磁同步電機轉速控制器，將蝙蝠算法和人工蜂群算法相融合形成一種新型的蝙蝠-人工蜂群混合算法，優化遞歸模糊神經網絡速度控制器結構參數，從而更好滿足永磁同步電機速度控制的性能要求。本發明的技術方案為：

一種基于遞歸模糊神經網絡的永磁同步電機轉速控制器，控制系統含電流內環和速度外環，電流內環的電流調節器仍采用常規PI控制，速度外環設計為一種遞歸模糊神經網絡PI控制器，即由遞歸模糊神經網絡控制器和PI調節器復合組成速度控制器。其中遞歸模糊神經網絡通過蝙蝠-人工蜂群混合算法加以優化。蝙蝠-人工蜂群混合算法優化遞歸模糊神經網絡的步驟如下：

步驟1：初始化參數及蝙蝠位置，即初始化蝙蝠算法中蝙蝠種群數量D，蝙蝠算法最大迭代次數NB，蝙蝠發出的脈沖(超聲波)頻率f，最大脈沖聲音強度S，最大脈沖頻度R₀，脈沖聲音強度衰減系數λ，脈沖頻度增加系數δ，隨機初始化蝙蝠的位置x_i(i＝1，2，…，D)；人工蜂群算法最大迭代次數limit；

步驟2：按下列公式調整蝙蝠脈沖頻率f_i，更新蝙蝠飛行速度v_i及位置x_i，尋找當前最優蝙蝠個體；

f_i＝f_min+(f_max-f_min)h

式中，分別為t代和t+1代第i只蝙蝠所處的位置，分別為t代和t+1代第i只蝙蝠的飛行速度；f_i為第i只蝙蝠的脈沖頻率，f_max、f_min各為蝙蝠脈沖頻率的最大值、最小值；h為0～1區間均勻分布隨機數；x_best為當前全局最優位置；

步驟3：產生隨機數r₁，若r₁＞R_i，則從當前種群中選取最優解，且在最優解附近隨機產生一個局部解，此時蝙蝠的新位置x_new為：

x_new＝x_old+τS^t

式中，τ為[-1，1]范圍的隨機數，S^t代表蝙蝠種群同一時間段內響度平均值；

步驟4：產生隨機數r₂，若r₂＜S_i且均方誤差(適應度)J(x_i)＜J(x₀)，按照規則增大R_i且減小S_i，即蝙蝠減小發射的超聲波脈沖響度，同時增加聲波脈沖發射次數，即：

式中，為第i只蝙蝠在t+1和t次迭代時的聲波脈沖響度，為t+1次迭代時第i只蝙蝠發射脈沖頻度，λ為[0，1]范圍值，δ＞0；