当前位置:首页 >> 信息与通信 >>

应用混合伪并行遗传算法优化BLDCM的转速控制器_图文

铷l  

l 化  I 5  

应用混合伪并行遗传算法优化B D M的转速控制器  L C
Opt m i i zat o des gn f   el i n  i   or v ociy  odul i t m aton  yst s em   r br hl s dc  o f   us es  

m ot   orbas ed  n  i o m xed  eu ps do- r lelgenetc  gort pa a l   i al ihm  

龙 驹 
L ONG  u J 

( 西华大学 ,成都 6 0 3 ) 1 0 9 



要 :本文以永磁无刷直流 电动机 ( L O B D M)的调速系统作为研究 对象 ,应用混合伪并行遗传算法  ( MPP GA) 对其 转速控制器 进行 了优 化设计 ,该算法 针对常规遗 传算法搜 索效 率低和早熟 收  敛 的缺点 ,通过 将最 速下 降法与 伪并行 遗传 算法 相组合 形成 了一 种全局 优化 算法 ,并使 用 
MA L 软件对优化前后的 系统 进行了动态跟 随性 能和抗扰/ T AB l 生能的对比仿真实验 ,实验结 果 

表明采用该算法确能优化调 速系统的性能 。   关键词 :B D M;转 速控制器 ;混合伪并行遗传算法 ;MA L B LC T A 仿真  中图分类号 :T 3 1 P9   文献标识码 :B   文章编号 :1 0-0 3 ( 0 o 1 ( -04 -0    9 14 21 )  下) 1 4 2 0     O
D i 1 . 9 9 J is . 0 9 0  . 0  .0 下 ) 4   o :  3 6 / . n 1 0 - 1 4 2 1 1 ( . 5 0 s   3 0  

1 MP G 优 化转速控制器数学模 型     P A 的建立 
11 L CM转 速控 制 系统 的组成  .  B D
基 于MP G P A优 化 的B DC L M转 速 控 制 系统 的  组成 框 图如 图 1 示 。整个 系统 的运 行采 用 了双 闭  所 环 的控 制 策略 :即 电流 环 和转 速 环 。其 中电 流 环  采 用基 本 的P 控 制 器 ,转 速 环 采 用 混 合 伪 并 行 遗  I

效 果 。我 们 以 常规 工 程设 计 法 达 到 的指 标 6  、t 。  

作 为参 考 ,通 过 引 入 设 计参 数 的隶 属 度 函数 而合 
成统 一的 目标 函数为F  :

F =  

[) 一 ? f] ~]   e+一 (ce 一 (  一 等
计 法 的合 理 内核 ,我 

由 于 混合 伪 并 行 遗 传 算 法 的 需 要 ,设 计 参 数 

传算 法 ( P MP GA)优化 设计 的转 速控制 器 。  
转速 计算 

须 有一 个 明确 的取 值范 围, 充分 利 用 常规 工 程设  为
子 实 际磁 
置检 测器 

] 

们 以 常规 工程 设 计法 

转速 

参考值 

l 网器  器 考 n H皇广  值 南器相 叫 . .~  删 H变 州. 三 — — 逆
实 际相 电流  实 际 相 电  流检测 器  图1基于MP GA P 优化 的无刷 直流 电动机 转速控制 系统 组成框 图 

/ \ 整定 出的K 、T的两  上  。 i

无 \ 个参数值K  i   刷直 p、T 为  
流电动 } 中心 ,然后 在此 两 个 

机 / 数值附近向两边拓展    
\一   、/ 参 数 的 求解 空 间, 从 

而可 以 使遗 传搜 索 空  间大 大 减小 ,能较 快  搜 索到 最优 解 。综 上 

12 MP G 优 化 数学模 型 的建 立  .   P A B DC L M转 速控 制 器 的优 化设 计主 要 是对 其 比 
例 放大 系数 K 和积 分时 间常数 T进 行优化 。考 虑到  。 i 系统 有 两 个 性 能 指 标 : 超调 量 %和 调 节 时 间t    , 所 以用MP G P A对 转 速控 制 器进 行 优化 的 任务 便是  合理 调 配 这 两 项 性 能 指 标 ,使 之 达 到 满 意 的优 化 

所 述 ,将 系统 优 化模型 归纳 成方 程如下 :  
mi   nF () 2 

约 束条件0  

t t    

() 3  

( X   K ( X ; ( 九 1 ) - K , 1 ) ;1 ) + K 一 
其 中九 【,1内选 定 的数值 。 为 O ]  

(九 1 ) + 

收 稿 日 期:2 1- 2 0   00 0- 2 基 金项 目:西华大学人才基金资助项 目 ( 4 9 2 ) 0 2 16  作者简介:龙驹 ( 94一 17 ),男,重庆人 ,讲师,工学硕 士,主要从事 电气工程与 自动化研究 。  

[ 4 ] 第3 卷 14  2

第 1期 O

2 1—1 ( ) 00 0下  

、 l  
2  MP GA P 优转速控 制器 的算法设计 

甸 化   
对 其 进 行 快 速 局 部 搜 索 寻 优 , 从 而 得 到 寻 优 后 
的 中 间 种 群 Q’ ) )再 次 按 照 公 式 ( ) ( ) ( 。6 t 1 和 2 分 

组 计 算 局 部 搜 索 寻 优 运 算 后 的 种 群 Q’t中 各 个  .) ( 个 体 的 适 应 度 。 7)进 行 各 子 中 间 种 群 Q’t之  i) (
间 的信 息 替 换 , 依 据 划 分 的 子 群 体 ,并 根 据 第 6  
步 计 算 出 来 的 适 应 度 值 的 高 低 ,在 子 中 间种 群  中 选 择 目前 最 高 的 个 体 替 换 其 他 子 中 间 种 群 中  最 低 的个 体 ,替 换 后 加 以组 合 构 成 t 代 种 群 : +1  

Pf1= (+)P( 1. t 1 Ⅳf 1 , 选 出 第  ( ) { t 1 2 +). +) ( ) + , t ,.  ( ,P + }
t 代 中适 应性 最 强 的个体 P  t 1 。8 +l i( ) )运算 终 止  + 条件 判 断 :判 断遗 传 运 算 的 “ ”数 是 否 超 过 设  代
定 “ ”数 MAXGE 代 N,没 有 ,就 转 到 第 3 继 续  步 进 行 遗 传 运 算 ,有 ,则 选取 作 为 优化 后 的 P 参数  I 输 出。  

3 仿真实验及分析 
31 仿 真 参数 的设 置  。
本 文 所用 的 永磁 无 刷 直流 电动机 (4 ,0 ) 2 v7 W 其 
转速 环 等效 被控 对象 为二 阶传 递 函数 

G : 鱼      
一  

ss 0  ( +6 )

1 )使 用 常 规 工 程 设 计 法 整 定 转 速 控 制 器 得 
到 的参数 为 :K * 06 1 p = .5 5、T  00 1 i= . 2:2 0 )使用  NG A时 的 仿 真 参数 设 置 为 :种 群 数 N= 0 、交 叉  10

概 率 P = .5 c 07 、变 异 概率 P m=00 、最 大 进化 代 数  .5
MA XGE = o ;3 N 2 0 )使 用MP G P A时 的仿 真参 数设 
,  

P 。 : 



{   一   I,  v k f< g 2  

㈣) (  4  

置 为 :种 群数 N= 0 、子种 群 数M= 0 交叉 概 率  10 1、

P 按 公式 () 算 、变 异概 率 按 公式 () 算 、局 部  c 4计 5计
搜 索概 率P 05 、最 大进化 代数MAxG N= () m= . 5 E 2)。 ( 

( )变异 运 算 :按 照 自适 应 的变 异 概 率P 的  3   公 式 () .t和f ( 进 行 自适 应 的变 异 运算 生 成  5 对f (   ) it  )
两个 新个 体f l) l"( 。 ' t l jt   j  ̄ f2 ) (

32 动态 跟 随性 能实验  .
给 转 速 参 考 值 设 置 一 个单 位 阶 跃 信 号 , 绘 制 
出转 速 阶跃 响应 曲线如 图2a、() 示 ,并求 出超  () b所 调量 6 %与调 节 时 间t 表 1 示 。   如 所  

【中  子 群 { 式 Fx 种  : a 为 【  

f   一‘ , ,  ( f .   ) 、

’  

( 5 )  

k,     厂< ( ) 最 大 的 适 应 度 值 :F 为 每 代 子 种 群 的 平  5中   均 适 应 度 值 ; 为 子 种 群 中 要 变 异 的 个 体 的 适   

应度 值 ; k 、k   3  ∈(, 之 间 的 常数 值 】 01 ) 由产 生 
的这 M 个 新 个 体  () t和  () 成 子 种 群 P() t组   的  t

中 间 种 群  ( :白 (,q(,  ( } 并 由 这  f 1) 2 ) ) f f …q f , )
K   个 子 中 间 种 群 Q t组 成 一 个 整 体 中 间 种  ()
()NGA  a ( )MP GA b P  

群 Q f= 1 ) 2 )   1)     (   (,Q (, ) f f …Q 一 f Q ( j。 5) 局  (, ) 部 搜 索 寻 优 : 对 中 间种 群 Q() 用 最 速 下 降 法  t利
以局 部 搜 索概 率P [ 般 取o4 o 7 间 的 任 一 值 】 s一 .一 .之  

图2 转 速 控 制 器 优 化 设 计 法 对 应 的 单 位 阶 跃 跟 随 响 应 曲线 

【 转第 19 】 下 6页  

第3卷 2

第1期 O

2 1 -1 ( ) [ 4 1 0 0 0 下   15 

务l   匐 化  造  
统 中 引入 蒸 汽 流 量 信 号 作 为前 馈 信 号能 较 好 地 补 

5 结论 
锅 炉 给 水 全 程 自动 是 锅 炉 全 程 自动 中 比较 难 

偿 虚 假 水 位 的 影 响 ,改 善 负 荷 扰动 下 的汽 包 水 位 
控 制 品质 ,但 对 于燃 烧 扰 动 以及 其 他 综 合 扰 动 情  形 下 的虚 假 水 位 现 象 就 比较 困 难 了 , 因此 在 副 调  回路 中加 入 饱 和 压 力 水位 修 正 前 馈 信 号 ,能 更 全  面 补偿 虚假 水位现 象 。  

实 现 的环 节 , 由于 目前 常 规 的 给 水 三 冲 量 控 制 均 
采 用 了蒸 发 量 作 为 前 馈 控 制 ,控 制 装 置 一 般 都 具  有 很 好 的抗 蒸 发 量 扰 动 能 力 ,但 对 于 燃 烧 扰 动 很  多厂 的给 水 控 制 系统 ,尤 其 是 省 煤 器 比较 大 以 及 

4 控 制系统 的改造效果 

燃 烧 挥 发 份 较 高 的 煤 的锅 炉 系 统 的 抗 扰 动 能 力 还  是 较 为欠 缺 的  。因 此锅 炉给 水全 程 自动 的一 个 关  ]
键 能 力 就 是 抗 燃 烧 扰 动 。本 文 提 出 以汽 包 的 压 力 

变 化 换 算 出汽 包 水 位 的 实 际 变 化 ,作 为给 水 三 冲 
量 控 制 的 内扰 前 馈 ,实 践 证 明 该 方 案具 有 良 好 的  抗燃 烧扰 动 能力 。  
图2 改造 前 综 合扰 动 曲 线  图 3 改 造 后 综 合 扰动 曲 线 

参考文献:  
【]T k s i imaY s ik  kjmaY ss i s i k  1 a ah  j ,o ha i Il Na ai ,au h  hwa i Ni
Ap l aino   zylgcc nr ]y tm o e co   e —   pi t  f u z   i o l s se frratrf d c o f o o e

改造 前 扰 动实 施 前 提 : 负荷2 0 5 MW ,主 汽压 
力 1 .MP 。扰动 实 施过 程 :给 煤量 增  ̄ 6 49 a j %,6 S n 0 

后 负荷 由2 0 5 MW 以5 vmi速率增 加 至2 0 M、 / n 7 MW 。   改造 后 扰动 实 施前 提 :负 荷2 0 5 MW ,主汽 压 
力 1 .MP 。扰 动 实施 过 程 :给煤 量 增 ̄1%,6 S 56 a I 6 0 

wa r o t l ] u z  es n   y t :9 57 ) 17 . t   nr [ . z yS t a dS s ms 9 (4 : —2  e c o JF   e 1 6

[]马 瑞 . 炉 汽 包 水 位 的 自适 应 逆 控 制 [] 学 技 术 与 工  2 锅 J. 科
程 ,0 6 1 6 —0 3 2 0 , 0 16 . 0  

后负荷 由2 0 5 MW 以5 MW/ i速 率增 加 至2 O mn 7 Mw 。  
图2 图 3 为 炉 膛 燃 烧 扰 动 后 的现 场 实 测 曲  、 均 线 ,显 然 控 制 系 统 改造 后燃 烧 扰 动 曲线 明显 要 优 
于 改造前 。  

【]陈铁 军, 允 , 金 锋 . 种 基 于 QF 3 3 翟 刘 一 T的锅 炉水 位 鲁 棒 控 制  及 分 析 【 _ 计 算 机 信 息,0 82 :21 J微 】 2 0 , 1-. 4   [】华 志 刚 , 笑 , 菲 .0 MW 机 组 锅 炉 给 水 自动 控 制 系 统  4 潘 邬 30 分 析 与 改 进 【] 力 系统 自动 化 .0 2 6() 5 J. 电 20 , , : . 2 42  【]何 毅 , 5 曾庆 忠, 厂 锅 炉 汽 包 水 位 波 动 大 的 原 因 分 析 及 处  电 理 [】 西 电 力 , 0 ,. J. 广 2 83 0  

{矗‘  蠡● {如‘  蠡‘  岛‘  岛‘  岛‘  岛‘ {矗‘  岛‘  &‘  玉I  岛‘ {&●  岛I  岛‘  盎‘  &‘  曼‘  盎‘  出‘  岛‘ {岛‘  毫‘ 

【 上接第1 5 】 4页  

33 动态 抗扰 性 能实验  .
给 负载 T 施 加 一 个 单 位 阶跃 扰 动 信 号 ( L 该扰 

看 出, 用 MP GA所 得 到 的 单 位 阶 跃 扰 动 响应 经  采 P 过 较 小 超 调 后 就 趋 于 稳 定 了 , 同 时该 抗 扰 过 程 所  需 时 间短 暂 ( 大约 03 左 右就 结束 了 ); 而采 用  .秒 NGA所 得到 的 最 大动 态 降落 比较 大 ,抗 扰 过程 较 
长 ( 约0 秒左右 才结束 ),由此可 以看 出:采用  大 . 7

动 信 号指 代 了工 程 实 际 的 一 些 扰 动 因 素 ), 应 用 
MA L T AB软件 编 程 计 算 出了 该 系统 的最 大 动 态 降  落 ( 值 是 相 对 系统 阶 跃 响应 稳 态输 出而 言 的 ) 其  
表 1 转 速 控 制 器优 化 设 计 法对 应 的 性 能 指标  

与动 态恢 复 时 间t ,结 果如 表 1 示 。 v N  

MP G P A设计法 能够达到 优化 系统抗扰 性能的 目的。  

参考文献:  
[ 1 驹 . 磁 无刷 直 流 电动 机 转速 控 制 系统 的优 化 设 计 [ . 】龙 永 M】   成都: 西南 交通 大 学 出版 社 , 0 . 2 6 0   【]牛 志 华 . 类 混 合 遗 传 算 法 的 研 究 【 】 安 : 安 交 通 大  2 一 D. 西 西
学 ,0 2 20.  

34 实 验结果 分析  .
由于NGA在设 计 规 则 上 的局 限 性 , 比例 系数  很 难 搜 索 到 最 优 解 , 而 避 免 超 调 量 的存 在 。 为  从

【]刘 金 琨 . 进P D控 制 MA L B 真 ( 2 【 】 京 : 3 先 I T A 仿 第 版) . M 北 电 
子 工 业 出版 社 , 0 . 2 4 0  

【]张 晓 伟 . 合 遗 传 算 法 ( GA) 研 究 [ . 安 : 北 大 学 , 4 混 H 的 D] 西 西  
20   05.

此 ,笔者 采 用MP GA进 行优 化 ,在 程 序 中编 写 了  P
惩罚 功能 ,从 而现 了无 超 调 。从 图2 仿真 结果 以及  表 1 能 指标 的 比较 中看 出 ,采用 该 方法 能 够优 化  性 系统 跟 随 性 能 的 目的 。从 表 1 真 结 果 的 比较 中  仿

【]邓 中华 , 朝 晖 . 并 行 遗 传 算 法 对 PD控 制 器 参 数 的优   5 陈 伪 I
化 仿 真 [ . 机 发展 ,0 51(0. J微 J 2 0 , 1) 5  

【]刘 宏波. 于 自适应 伪并行遗传 算法的PD参数 整定  . 6 基 I  
化 工 自动化 及仪 表 , 0 ,53. 2 8 () 0 3  

第3 卷 2

第 1期 O

2 1 - 0 下 ) [6 ] 0 0 1 (   1 9 


更多相关标签: