基于蚁群算法的无刷直流电机PID 控制器测试系统

王贯安 中南大学 湖南省长沙市 410012

【文章摘要】

蚁群算法是一种用来在图中寻找优化路径的机率型算法，提出这种算法的科学家其灵感来源于蚂蚁在寻找食物过程中发现路径的行为，蚁群算法是一种模拟进化算法，初步的研究表明该算法具有许多优良的性质。针对PID 控制器参数优化设计问题，将蚁群算法设计的结果与遗传算法设计的结果进行了比较，数值仿真结果相同，这也表明了蚁群算法具有一种新的模拟进化优化方法的有效性和应用价值。在无刷直流电机PID 控制器测试系统中，蚁群算法发挥了其计算的特点，对数据进行细致的分析，从而提高了PID 控制器参数计算的精确性。

【关键词】

蚁群算法；无刷直流电机；PID 控制器；测试系统

0 前言

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品，无刷直流电机不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机，性能上相较一般的传统直流电机有很大优势，是当今最理想的调速电机。无刷直流电机的上升时间以及超调量等因素都是通过PID 控制器来测试的，所以，蚁群算法的介入，极大程度提高了算法的准确性。1 无刷直流电机PID 控制器的具体分析

1.1 无刷直流电机的工作原理

无刷直流电机是机电一体的产品，电机内部有传感器来反映无刷直流电机的工作情况以及故障的分析，转子上面有永磁体，可以及时的检测极性。在运用蚁群算法进行系统检测时，由于蚁群算法是根据蚂蚁找食物的行走路径来研究的，先假定一个人工智能的程序，在根据无刷直流电机的工作原理进行检测。无刷直流电机的感应系统特别敏感，转体的性能也非常好，这些特点也为PID 控制器参数计算的过程提供了很多便利。

1.2 PID 控制器

PID 控制器对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量可以控制在一定的数值上，或使数值按照一定的规律变化，从而以满足生产工艺的要求。 PID 控制器应用在无刷直流电机的参数计算当中，通过用加法调整被控制系统的数值，保障了系统的数值可以达到参考值的标准，来保障计算参数的正确和有效，及时的反馈回系统部件的工作情况。在对无刷直流电机的参数进行比对计算的过程中，会掌握到无刷直流电机正常运行所需要达到的参数数值，通过传感器传达出的系统部件工作情况，判断出无刷直流电机正常工作的参数数值。

1.3 无刷直流电机的数学模型

在探究无刷直流电机工作原理的过程中，可以根据无刷直流电机的数学模型来对其进行细致全面的分析，PID 控制器对其参数进行计算时，也可以根据无刷直流电机的数学模型来比对。

①电压方程 ：

②电机运动方程：

根据提供的数学公式来对无刷直流电机的参数数值进行计算，从而通过PID控制器对计算的数据进行比较。

2 蚁群算法的思想

2.1 蚁群算法的具体步骤

蚁群算法的提出思想就是根据蚂蚁在寻找食物的过程中所走的路径来探究的，蚂蚁寻找食物的路径是多样的，这种多样性也确保了蚂蚁在觅食的过程中不至走进死胡同而产生的无限循环，这种反馈机制的运用，保证了相对优良的信息能够被及时的保存下来。正反馈的力量也可以比喻成权威的意见，而多样性是打破权威体现的创造性，正是这两点的巧妙结合才使得智能行为涌现出来。所以在进行蚁群算法的过程中就要采取适合变量变化的方式，来应对系统的固定数值以及部件的工作原理。

2.2 蚁群算法的具体实现

在进行计算的过程中，可以假设蚂蚁的数量，根据公式进行计算，这样可以实现对路径以及过程中数值变化的计算。

2.3 蚁群算法介入到PID 控制器中在无刷直流电机PID 控制器进行系统的测试时，是基于蚁群算法的思想来完成的，计算要求时间乘以数值的绝对值，对于计算误差的考虑不是很具体，具体的公式为：

3 无刷直流电机调速控制系统的模拟实践

3.1 建立无刷直流电机调速控制系统的模型

无刷直流电机调速控制系统的模型是采用双闭环控制的，通过适应模拟的PID 控制器工作原理，来实现调速的过程，整个模拟的系统被分成了很多的实验小模块，负责辅助系统的测试。无刷直流电机的原体模块是根据整个调速系统来配置的，负责具体速度的置换，检测的参数数值如果与规定的参数数值不同，原体模型就会出现换速失败的警报。利用原体模型调速的过程，可以对无刷直流电机进行速度的调换，从而根据具体的速度来对参数数值进行比较，可以更好的使用PID 控制器。

3.2 逆变器控制模块

逆变器控制模块是PID 控制器调制功率的重要部分，是采用蚁群算法的又一种控制系统，根据调换功率来对无刷直流电机进行模拟的实验，通过调换功率可以得出无刷直流电机具体运行的参数数值。转子的转换位置是调换功率的部分，通过转子的转数控制功率的大小，实现无刷直流电机的正常运转，通过产生的方波电流监控PID 控制器的功率显示。在逆变器模型的实验过程中，要及时的掌握转子转数的改变，准确的确定转子的位置，分析PID控制器显示的参数数值。

4 结语

随着我国科学技术的不断发展，无刷直流电机已经可以很好的结合PID 控制器对系统进行测试，在系统测试的过程中，要严格按照PID 控制器的使用方法进行数据的采集和分析。根据无刷直流电机标准参数，来对采集的参数数值进行分析，分析无刷直流电机运行的方式。在参数数值比对的过程中，要基于蚁群算法的计算基础，对数据进行处理，如果参数数值与标准的数值不一致就说明无刷直流电机的运行是不正确的，从而要对其进行停止操作。基于蚁群算法的无刷直流电机PID 控制器测试系统要严格按照蚁群算法的算法公式，对数值进行细致全面的分析，结合现代化科学技术的发展，不断完善系统测试的方式方法。

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