混沌—鱼群算法在直接转矩控制系统中的应用研究

论文摘要

直接转矩控制技术自诞生以来,就以其简洁明了的系统结构,优良的静、动态性能,得到了极大的发展。在直接转矩控制技术中电机转速是不可少的检测量,但是由于速度传感器的安装不仅增加系统成本,而且会造成控制系统易受环境等因素影响导致系统的鲁棒性降低。因此,电机转速辨识是当前直接转矩控制系统研究领域中的研究热点之一,本课题通过神经网络速度辨识器辨识电机转速,但是由于通过传统的BP算法训练神经网络存在许多不足,为提高神经网络的训练速度以及提高神经网络的转速辨识精度,所以采用混沌-鱼群算法对神经网络速度辨识器进行优化。首先,本文在对直接转矩控制技术的发展与特点和无速度传感器技术进行介绍,又深入研究了异步电动机直接转矩控制方法的基本原理、异步电动机数学模型和逆变器开关状态与电压空间矢量的关系,详细阐述了电压空间矢量与磁链和转矩关系以及圆形磁链轨迹的等直接转矩控制的基础理论以及组成直接转矩控制系统的各个组成单元的原理。然后,本文又对神经网络实现速度辨识器的可实现性进行论证。为了能进一步提高神经网络的精度和寻优速度,将混沌算法融入到人工鱼群算法,将混沌算法的随机性、遍历性与人工鱼群算法的适应性、突现性融合到一起,形成混沌-鱼群算法对神经网络进行优化,并通过与其他算法进行对比,说明了其混沌-鱼群算法的有效性。并在MATLAB下对控制系统进行仿真,仿真结果证明了控制策略的可行性。最后,以TMS320F240为系统控制核心感应电机直接转矩控制实验台上实现神经网络速度辨识器,并编写控制系统软件,将混沌-鱼群算法神经网络速度辨识器嵌入DSP中,根据实验结果证明了在以速度传感器为闭环控制的直接转矩控制系统中神经网络速度辨识器可以很好的跟踪电机的实际转速,同时也验证了方案可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 直接转矩控制技术的研究现状
• 1.2 直接转矩控制技术的发展与特点
• 1.3 无速度传感器技术
• 1.4 本课题的研究意义
• 1.5 本课题的研究内容
• 第二章 直接转矩控制的基本原理与模型
• 2.1 异步电机的数学模型
• 2.2 逆变器开关状态及电压状态
• 2.3 电压空间矢量
• 2.3.1 空间电压矢量对定子磁链的作用
• 2.3.2 空间电压矢量对电机转矩的作用
• 2.4 圆形磁链轨迹原理
• 2.5 直接转矩控制系统的结构
• 2.5.1 直接转矩控制系统组成
• 2.5.2 磁链滞环调节器
• 2.5.3 转矩滞环比较器
• 2.5.4 磁链扇区判断
• 2.5.5 逆变器开关状态选择
• 2.6 本章小结
• 第三章 混沌-鱼群算法优化神经网络速度辨识器
• 3.1 速度辨识器的设计
• 3.1.1 速度辨识器模型的理论依据
• 3.1.2 BP神经网络模型
• 3.2 人工鱼群算法
• 3.2.1 人工鱼群算法概述
• 3.2.2 人工鱼群算法原理
• 3.3 混沌-鱼群算法
• 3.3.1 混沌优化算法
• 3.3.2 混沌优化人工鱼群算法
• 3.3.3 混沌初始化
• 3.3.4 人工鱼的分级
• 3.3.5 各级人工鱼的行为
• 3.3.6 混沌扰动自适应行为
• 3.4 混沌-鱼群算法对BP神经网络的离线优化
• 3.5 神经网络训练结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 直接转矩控制系统仿真实验
• 4.1 直接转矩控制系统仿真平台的建立
• 4.1.2 电压、电流3/2变换模型
• 4.1.3 磁链和转矩计算模型
• 4.1.4 速度PI调节单元
• 4.1.5 磁链扇区判断单元
• 4.1.6 电压矢量选择单元
• 4.2 直接转矩控制系统仿真结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 直接转矩控制系统实验的研究
• 5.1 TMS320F240基本特性
• 5.2 基于TMS320F240的开发装置
• 5.2.1 主回路硬件系统
• 5.2.2 控制回路硬件系统
• 5.3 控制系统软件设计
• 5.3.1 DSP集成开发环境CCS的介绍
• 5.3.2 系统程序流程图
• 5.3.3 混沌-鱼群神经网络速度辨识器程序
• 5.4 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢